Влажные корма как способ значительного снижения себестоимости производства форели и клариевого (мраморного) сома
Затраты на корм составляют откол 60% от себестоимости производства рыбы, а в случае выращивания радужной форели эта доля может быть выше. Высокая стоимость корма, обуславливается не только высокой стоимостью его компонентов, но и сложностью и дороговизной оборудования для его производства. Например, корм для интенсивного выращивания форели содержит 40-45% белка, преимущественно морской рыбы и 18-35% жира. Производство такого корма включает влажное экструдирование смеси ингредиентов, последующую сушку гранул и их вакуумную пропитку жиром. При этом требование к ингредиентам смеси для формовки гранул – малое содержание жира (желательно не более 3%) поскольку более высокое содержание жира не позволяет получить механически прочной гранулы корма.
Кроме широко распространённых экструдированных кормов есть еще и мене известные влажные корма, которые имеют существенные преимущества по усваиваемости (кормовые коэффициенты выше), поедаемости их рыбой, лучшей выживаемости в сравнении с сухими кормами. Основным недостатком влажных кормов является малый срок их годности, необходимости хранения при пониженных температурах, а также их стоимость если говорить о готовых кормах, например кормах от BioMar.
Решение задачи снижения издержек на корм до двух и более крат является удешевления корма за счет его производства непосредственно на месте, из готовой кормовой смеси или из кормовой смеси приготовленной самостоятельно. Стоимость получаемого корма может быть кратно ниже покупного, за счет более простого и технологичного способа производства и возможности использования менее дорогих но качественных ингредиентов. Так например, при прочих равных, стоимость рыбной муки (основной и наиболее дорогой компонент корма) с высоким и низким содержанием жира может отличаться до трех крат. При этом недостаток влажного корма в части его малого срока хранения, при производстве для непосредственного скармливания не имеет никакого значения.
Для производства влажных гранул необходим специализированный экструдер пултрузионного типа, его особенность формование из влажной кормовой смеси гранул с их запариванием для придания им требуемых механических свойств и водостойкости. В результате получаются резиноподобные некрошащиеся гранулы в 1,-5-2 раза более стойкие в воде, чем сухие гранулы. Получаемые гранулы в пересчете на сухое вещество могут содержать до 35% жиров, сохраняя свои механические свойства. Особенность технологии формования влажных гранул из кормовой смеси с высоким содержанием жира в один прием с использованием только одного специализированного экструдера без другого оборудования, позволяет обеспечить рыбные хозяйства высококачественным кормом и кратно снизить себестоимость производства.
Более подробная информация может быть получена по запросу.
Затраты на корм составляют откол 60% от себестоимости производства рыбы, а в случае выращивания радужной форели эта доля может быть выше. Высокая стоимость корма, обуславливается не только высокой стоимостью его компонентов, но и сложностью и дороговизной оборудования для его производства. Например, корм для интенсивного выращивания форели содержит 40-45% белка, преимущественно морской рыбы и 18-35% жира. Производство такого корма включает влажное экструдирование смеси ингредиентов, последующую сушку гранул и их вакуумную пропитку жиром. При этом требование к ингредиентам смеси для формовки гранул – малое содержание жира (желательно не более 3%) поскольку более высокое содержание жира не позволяет получить механически прочной гранулы корма.
Кроме широко распространённых экструдированных кормов есть еще и мене известные влажные корма, которые имеют существенные преимущества по усваиваемости (кормовые коэффициенты выше), поедаемости их рыбой, лучшей выживаемости в сравнении с сухими кормами. Основным недостатком влажных кормов является малый срок их годности, необходимости хранения при пониженных температурах, а также их стоимость если говорить о готовых кормах, например кормах от BioMar.
Решение задачи снижения издержек на корм до двух и более крат является удешевления корма за счет его производства непосредственно на месте, из готовой кормовой смеси или из кормовой смеси приготовленной самостоятельно. Стоимость получаемого корма может быть кратно ниже покупного, за счет более простого и технологичного способа производства и возможности использования менее дорогих но качественных ингредиентов. Так например, при прочих равных, стоимость рыбной муки (основной и наиболее дорогой компонент корма) с высоким и низким содержанием жира может отличаться до трех крат. При этом недостаток влажного корма в части его малого срока хранения, при производстве для непосредственного скармливания не имеет никакого значения.
Для производства влажных гранул необходим специализированный экструдер пултрузионного типа, его особенность формование из влажной кормовой смеси гранул с их запариванием для придания им требуемых механических свойств и водостойкости. В результате получаются резиноподобные некрошащиеся гранулы в 1,-5-2 раза более стойкие в воде, чем сухие гранулы. Получаемые гранулы в пересчете на сухое вещество могут содержать до 35% жиров, сохраняя свои механические свойства. Особенность технологии формования влажных гранул из кормовой смеси с высоким содержанием жира в один прием с использованием только одного специализированного экструдера без другого оборудования, позволяет обеспечить рыбные хозяйства высококачественным кормом и кратно снизить себестоимость производства.
Более подробная информация может быть получена по запросу.
Вечные СОЖ
Любые СОЖ нуждаются в своей замене вследствие их естественной деградации в процессе эксплуатации. Проведенные исследования и испытания для водосмешиваемых СОЖ позволяют с полной уверенностью говорить о том, что такое утверждение утратило свою справедливость, а новые СОЖ могут служить десятилетиями, не нуждаясь в замене и экономя серьезные денежные средства предприятия на закупку новых СОЖ и утилизацию старых.
Для создания таких продуктов пришлось решить задачи по преодолению ряда технических противоречий в свойствах таких СОЖ нового поколения и разработать эффективную, простую и надежную систему их непрерывной регенерации.
Среди ключевых решенных технических противоречий следующие:
•Биостойкость и биоразлагаемость.
С одной стороны, рабочий раствор СОЖ должен обладать сильными биоцидными свойствами, чтобы предотвращать биопоражения. При этом СОЖ должен быть экологически безвредным и биоразлагаемым. Задача была решена за счет формулы СОЖ, когда его рабочий раствор с концентрацией от 3% проявляет выраженные биоцидные свойства. При разбавлении до концентрации менее 1% молекулы полимеров СОЖ претерпевают изменения, переходя в линейную конформацию, что снимает стерические затруднения и запускает процесс ее гидролиза, в результате которого образуются безвредные вещества, легко перерабатываемые различными микроорганизмами, включая почвенные бактерии.
•Инертность и стойкость системы в сочетании с отличными смазывающими способностями.
В общем случае эмульсолы обладают лучшими свойствами в сравнении с синтетическими СОЖ. При этом, если говорить о очень длительном периоде эксплуатации СОЖ, для любой эмульсии есть риск ее расслоения и частичного осаждения масляной компоненты. Выход был найден в использовании растворимых макромолекул жидкого полимера, образующих коллоидный раствор, обладающий свойствами микроэмульсии, с той лишь разницей, что вместо капель масла в сплошной фазе (воде) распределены макромолекулы полимера.
•Однокомпонентность и многофункциональность.
Пожалуй, это самая сложная задача, которую нужно было решить. Традиционные СОЖ состоят из множества компонентов, которые обеспечивают комплекс свойств рабочего раствора СОЖ (собственно комплекс свойств, определяющих смазывающую способность, протекторные (антикоррозионные) свойства, биостойкость, седиментационную устойчивость, антипенные свойства и др.). Однако при длительной эксплуатации любой многокомпонентный состав будет утрачивать баланс между своими компонентами, что приведет к изменениям в составе и свойствах рабочего раствора СОЖ. Решение этой проблемы было найдено за счет синтеза многофункциональной молекулы жидкого полимера, способной обеспечить все эти свойства.
Даже при полной инертности СОЖ в нее будут попадать внешние загрязнения, начиная от металлической стружки, остатков консервирующей смазки и заканчивая случайными загрязнениями, попадающими в СОЖ при обработке заготовки детали. Непрерывная очистка СОЖ может быть легко осуществлена за счет специального разработанного фильтрующего проточного элемента с низким гидродинамическим сопротивлением, что позволяет его подключить в линию станка (при этом многие станки содержат штатные фильтры, и в таком дополнительном фильтре могут не нуждаться вовсе).
Найденные решения, универсальность (для любых операций и любых металлов: от сталей и титана до магния – отличия лишь в концентрации рабочего раствора) в сочетании с уже готовым производством данных СОЖ (СОЖ серии EON25) позволяют сократить затраты предприятия в части закупки и утилизации СОЖ кратно, платя лишь абонентскую плату за их использование.
Дополнительную информацию можно получить связавшись с компанией-разработчиком.
Любые СОЖ нуждаются в своей замене вследствие их естественной деградации в процессе эксплуатации. Проведенные исследования и испытания для водосмешиваемых СОЖ позволяют с полной уверенностью говорить о том, что такое утверждение утратило свою справедливость, а новые СОЖ могут служить десятилетиями, не нуждаясь в замене и экономя серьезные денежные средства предприятия на закупку новых СОЖ и утилизацию старых.
Для создания таких продуктов пришлось решить задачи по преодолению ряда технических противоречий в свойствах таких СОЖ нового поколения и разработать эффективную, простую и надежную систему их непрерывной регенерации.
Среди ключевых решенных технических противоречий следующие:
•Биостойкость и биоразлагаемость.
С одной стороны, рабочий раствор СОЖ должен обладать сильными биоцидными свойствами, чтобы предотвращать биопоражения. При этом СОЖ должен быть экологически безвредным и биоразлагаемым. Задача была решена за счет формулы СОЖ, когда его рабочий раствор с концентрацией от 3% проявляет выраженные биоцидные свойства. При разбавлении до концентрации менее 1% молекулы полимеров СОЖ претерпевают изменения, переходя в линейную конформацию, что снимает стерические затруднения и запускает процесс ее гидролиза, в результате которого образуются безвредные вещества, легко перерабатываемые различными микроорганизмами, включая почвенные бактерии.
•Инертность и стойкость системы в сочетании с отличными смазывающими способностями.
В общем случае эмульсолы обладают лучшими свойствами в сравнении с синтетическими СОЖ. При этом, если говорить о очень длительном периоде эксплуатации СОЖ, для любой эмульсии есть риск ее расслоения и частичного осаждения масляной компоненты. Выход был найден в использовании растворимых макромолекул жидкого полимера, образующих коллоидный раствор, обладающий свойствами микроэмульсии, с той лишь разницей, что вместо капель масла в сплошной фазе (воде) распределены макромолекулы полимера.
•Однокомпонентность и многофункциональность.
Пожалуй, это самая сложная задача, которую нужно было решить. Традиционные СОЖ состоят из множества компонентов, которые обеспечивают комплекс свойств рабочего раствора СОЖ (собственно комплекс свойств, определяющих смазывающую способность, протекторные (антикоррозионные) свойства, биостойкость, седиментационную устойчивость, антипенные свойства и др.). Однако при длительной эксплуатации любой многокомпонентный состав будет утрачивать баланс между своими компонентами, что приведет к изменениям в составе и свойствах рабочего раствора СОЖ. Решение этой проблемы было найдено за счет синтеза многофункциональной молекулы жидкого полимера, способной обеспечить все эти свойства.
Даже при полной инертности СОЖ в нее будут попадать внешние загрязнения, начиная от металлической стружки, остатков консервирующей смазки и заканчивая случайными загрязнениями, попадающими в СОЖ при обработке заготовки детали. Непрерывная очистка СОЖ может быть легко осуществлена за счет специального разработанного фильтрующего проточного элемента с низким гидродинамическим сопротивлением, что позволяет его подключить в линию станка (при этом многие станки содержат штатные фильтры, и в таком дополнительном фильтре могут не нуждаться вовсе).
Найденные решения, универсальность (для любых операций и любых металлов: от сталей и титана до магния – отличия лишь в концентрации рабочего раствора) в сочетании с уже готовым производством данных СОЖ (СОЖ серии EON25) позволяют сократить затраты предприятия в части закупки и утилизации СОЖ кратно, платя лишь абонентскую плату за их использование.
Дополнительную информацию можно получить связавшись с компанией-разработчиком.
УЗВ для выращивания мраморного сома и их инженерная оптимизация
Мраморный сом (Clarias gariepinus) в России набирает популярность с 2010-х, особенно в аквакультуре и на фермах УЗВ — с 2020 по 2025 производство выросло в 5–7 раз (до 5–10 тыс. т/год) благодаря простоте разведения, быстрому циклу и спросу на экзотическое мясо без костей и рыбного запаха. Мраморный сом пока во многом нишевой продукт, но его рынок растёт на 20–30% ежегодно за счёт кулинарных трендов и импортозамещения. В России на ноябрь 2025 закупочная цена на мраморного сома (Clarias gariepinus, живой, навеска 1–1,5 кг) в 2–2,5 раза ниже стоимости лидера рынка (среди выращиваемой рыбы) форели, но в малых объемах выращивание сома выгоднее: цикл короче (6–8 месяцев до 1–1,5 кг против 12–18 месяцев для форели), а окупаемость заметно быстрее, чем у форели.
УЗВ (установки замкнутого водоснабжения) для выращивания мраморного (клариевого) сома существенно проще, чем для выращивания форели ввиду заметно меньших требований сома к качеству воды и его способности дышать атмосферным воздухом. Поскольку оптимальные характеристики воды для выращивания сома достаточно легко достижимы, то номенклатура пригодных инженерных решений для обеспечения этих показателей достаточно широка, а значит, есть возможность провести оптимизацию таких решений по параметру минимальной их стоимости реализации (показатели CAPEX и OPEX). Тем более это интересно, что, судя по существующим предложениям на рынке России, никто этого не делал, реализуя одни и те же решения для УЗВ всех типов.
Ключевое решение, полученное при оптимизации конструкции УЗВ для выращивания мраморного сома, является система очистки с интеграционной компоновкой, объединяющая процессы механической фильтрации, удаления микрозвесей и растворённых веществ, и биофильтрами. Разработанная конструкция на базе пеноотделительной колонны оказалась втрое более компактной, чем отдельные элементы по отдельности. Такая интегрированная конструкция оказалась более простой в обслуживании и надежной (нет механических подвижных частей, в отличие от тех же барабанных фильтров). После очистки вода подвергается УФ-стерилизации типовыми проточными УФ-стерилизаторами, при этом содержание патогенов в воде после её прохождения через интегрированную систему очистки существенно ниже, а значит, интенсивность УФ может быть снижена.
Мраморный сом (Clarias gariepinus) в России набирает популярность с 2010-х, особенно в аквакультуре и на фермах УЗВ — с 2020 по 2025 производство выросло в 5–7 раз (до 5–10 тыс. т/год) благодаря простоте разведения, быстрому циклу и спросу на экзотическое мясо без костей и рыбного запаха. Мраморный сом пока во многом нишевой продукт, но его рынок растёт на 20–30% ежегодно за счёт кулинарных трендов и импортозамещения. В России на ноябрь 2025 закупочная цена на мраморного сома (Clarias gariepinus, живой, навеска 1–1,5 кг) в 2–2,5 раза ниже стоимости лидера рынка (среди выращиваемой рыбы) форели, но в малых объемах выращивание сома выгоднее: цикл короче (6–8 месяцев до 1–1,5 кг против 12–18 месяцев для форели), а окупаемость заметно быстрее, чем у форели.
УЗВ (установки замкнутого водоснабжения) для выращивания мраморного (клариевого) сома существенно проще, чем для выращивания форели ввиду заметно меньших требований сома к качеству воды и его способности дышать атмосферным воздухом. Поскольку оптимальные характеристики воды для выращивания сома достаточно легко достижимы, то номенклатура пригодных инженерных решений для обеспечения этих показателей достаточно широка, а значит, есть возможность провести оптимизацию таких решений по параметру минимальной их стоимости реализации (показатели CAPEX и OPEX). Тем более это интересно, что, судя по существующим предложениям на рынке России, никто этого не делал, реализуя одни и те же решения для УЗВ всех типов.
Оптимальные условия для выращивания мраморного сома следующие:
- Плотность посадки: до 300–500 кг/м³;
- Предпочтительный тип бассейна: круглый или прямоугольный с закруглением углов радиусом не менее 0,6 м;
-Глубина бассейна: 1 – 1,5 м;
-Объём бассейна: 5 – 20 м³ (хотя с меньшей скоростью роста сом будет расти и в бассейнах ёмкостью немногим более 1 м³);
-Концентрация аммиака, не более: <0,02 мг/л;
- Концентрация нитритов, не более: 0,1 мг/л;
- Концентрация кислорода, не менее: 5 мг/л (при 25°C) и 7 мг/л (при 32°C);
- Концентрация углекислого газа в воде, не более: 10 мг/л;
- Диапазон кислотности воды в бассейне (рН): 6,5-8;
- Оптимальный способ стерилизации воды в процессе рециркуляции: УФ-излучение;
- Температура выращивания: 25-32°C (желательны суточные колебания около оптимума 29-30°C с диапазоном колебаний значений температур до 2 градусов и понижением температуры в ночное время);
- Скорость течения воды: минимально возможная для решения задач рециркуляции, но не более 0,12 м/с (допустимо до 3 м/с, но это уже заметно приводит к снижению скорости роста); Подмена воды в процессе рециркуляции (или эквивалентный объём воды на нормализацию): 5–8% в сутки от объема бассейна (максимальный для мальков и минимальный для взрослой рыбы).
Ключевое решение, полученное при оптимизации конструкции УЗВ для выращивания мраморного сома, является система очистки с интеграционной компоновкой, объединяющая процессы механической фильтрации, удаления микрозвесей и растворённых веществ, и биофильтрами. Разработанная конструкция на базе пеноотделительной колонны оказалась втрое более компактной, чем отдельные элементы по отдельности. Такая интегрированная конструкция оказалась более простой в обслуживании и надежной (нет механических подвижных частей, в отличие от тех же барабанных фильтров). После очистки вода подвергается УФ-стерилизации типовыми проточными УФ-стерилизаторами, при этом содержание патогенов в воде после её прохождения через интегрированную систему очистки существенно ниже, а значит, интенсивность УФ может быть снижена.
Отдельно следует сказать о возможности полного цикла с восстановлением воды при её частичной подмене. Частичная подмена воды — это 5-7% от объема воды в бассейне ежесуточно (а в коммерчески доступных наиболее распространённых в России УЗВ без оптимизации системы очистки — до 10%) в ряде случаев, если её стоимость невелика, как и стоимость стока, является вполне приемлемым решением. Одновременно с этим, часто такая подмена воды создаёт существенное увеличение себестоимости выращивания сома, ввиду дороговизны воды и стоимости её сброса. В этом случае разработанная система регенерации подменяемой воды позволяет работать полностью по замкнутому циклу, используя воду только для подпитки взамен испарившейся.
Благодаря проведённой работе УЗВ для выращивания клариевого (мраморного) сома позволяют одновременно повысить эффективность и интенсивность выращивания сома и одновременно снизить удельные капитальные затраты (затраты, отнесённые к массе выращенной рыбы в единицу времени) на величину до 30%, а также снизить операционные затраты за счёт снижения энергозатрат на очистку воды вдвое и минимизации обслуживания самой системы.
Более подробная информация может быть получена по запросу у компании-разработчика.
Благодаря проведённой работе УЗВ для выращивания клариевого (мраморного) сома позволяют одновременно повысить эффективность и интенсивность выращивания сома и одновременно снизить удельные капитальные затраты (затраты, отнесённые к массе выращенной рыбы в единицу времени) на величину до 30%, а также снизить операционные затраты за счёт снижения энергозатрат на очистку воды вдвое и минимизации обслуживания самой системы.
Более подробная информация может быть получена по запросу у компании-разработчика.
Функциональные пептиды, полученные управляемым гидролизом белка, как более доступная замена пептидам, синтезированным из индивидуальных аминокислот.
Три года назад, при испытаниях различных гидролизатов в кормах для аквакультуры и птицы, были получены сильно отличающиеся друг от друга результаты для формально одного и того же испытуемого гидролизата белка. Объяснение полученных результатов было найдено в отличии пептидных составов гидролизатов белка при общем равенстве аминокислотного профиля.
Документацией на коммерчески доступные белковые гидролизаты не регламентируется содержание отдельных пептидов, а в технологии получения таких гидролизатов не предусмотрены механизмы управления процессом гидролиза с целью получения пептидов с требуемой последовательностью аминокислот.
Проведённые исследования позволили создать базовую технологию управляемого гидролиза белков с получением гидролизатов с высокой долей целевых пептидов, обладающих наибольшей активностью в организме животных и человека.
Разработанная технология является гибридной и включает процессы гетерофазного кислотного и ферментативного гидролиза. Получаемый продукт — стабильный водный раствор пептидов, который может быть использован как есть (основная область применения в кормах и косметике в качестве активного агента) или подвергнут модификации путём подмены растворителя и/или прививки гидрофильных молекулярных групп с получением соответствующих пальмитатов (более актуально при использовании гидролизата в составе косметических препаратов). Получаемые продукты по разработанной технологии по сути являются пептидными продуктами, а не гидролизатами, используемыми в качестве питательных легко усвояемых компонентов. Их области применения те же, что и у пептидов, полученных синтезом из индивидуальных аминокислот, но они менее дороги, что в сочетании с малой дозировкой их раствора (единицы и доли процента) делает их использование экономически оправданным не только в области космецевтических средств, но и кормов, в т. ч. кормов для аквакультуры.
В качестве примера продукта, получаемого по разработанной технологии управляемого гидролиза белков, можно привести свойства пептидного продукта, полученного из белка черной львинки (Hermetia illucens) и содержащего до 37% от сухого вещества антимикробных пептидов (Cecropin A-like, attacins и diptericins), способных подавлять рост как грамположительных бактерий, включая такую «сложную» бактерию, как Staphylococcus aureus, так и грамотрицательных бактерий, например, Escherichia coli. В пептидном продукте также высока доля имуномодулирующих пептидов, представленных фрагментами PGRPs (peptidoglycan recognition proteins) и GNBPs (gram-negative bacteria binding proteins), и способных активировать синтез цитокинов иммунными клетками. Функциональные низкомолекулярные пептиды характеризуются наименьшим содержанием (около 5,5% от общего количества пептидов), но наибольшей важностью (относительно других компонентов). Это широкий класс пептидов с 2-8 аминокислотами в своём составе, способных ускорять процессы роста (в аспекте использования для кормов) и регенерации (в случае применения в составе косметических препаратов, в том числе антивозрастных).
Применение созданной технологии в сочетании с различными источниками белка позволяет получить широкий спектр высокоактивных смесей пептидов, не уступающих синтетическим продуктам по своей активности, но при этом существенно ниже по стоимости, а значит, имеющих значительно более широкую сферу применения.
Три года назад, при испытаниях различных гидролизатов в кормах для аквакультуры и птицы, были получены сильно отличающиеся друг от друга результаты для формально одного и того же испытуемого гидролизата белка. Объяснение полученных результатов было найдено в отличии пептидных составов гидролизатов белка при общем равенстве аминокислотного профиля.
Пептиды — это короткие последовательности аминокислот, соединённых между собой амидными (пептидными) связями. В организме пептиды играют роль сигнальных молекул, регулируя биохимические процессы, включая гормональную активность и иммунный ответ, отвечают за скорость роста и скорость регенерации ткани. Кроме того, пептиды обладают антиоксидантной и антимикробной активностью. Как правило, пептиды синтезируют путём последовательного синтеза из отдельных кислот, что определяет их дороговизну и ограничивает их область применения в космецевтических и фармацевтических препаратах.
Документацией на коммерчески доступные белковые гидролизаты не регламентируется содержание отдельных пептидов, а в технологии получения таких гидролизатов не предусмотрены механизмы управления процессом гидролиза с целью получения пептидов с требуемой последовательностью аминокислот.
Проведённые исследования позволили создать базовую технологию управляемого гидролиза белков с получением гидролизатов с высокой долей целевых пептидов, обладающих наибольшей активностью в организме животных и человека.
Разработанная технология является гибридной и включает процессы гетерофазного кислотного и ферментативного гидролиза. Получаемый продукт — стабильный водный раствор пептидов, который может быть использован как есть (основная область применения в кормах и косметике в качестве активного агента) или подвергнут модификации путём подмены растворителя и/или прививки гидрофильных молекулярных групп с получением соответствующих пальмитатов (более актуально при использовании гидролизата в составе косметических препаратов). Получаемые продукты по разработанной технологии по сути являются пептидными продуктами, а не гидролизатами, используемыми в качестве питательных легко усвояемых компонентов. Их области применения те же, что и у пептидов, полученных синтезом из индивидуальных аминокислот, но они менее дороги, что в сочетании с малой дозировкой их раствора (единицы и доли процента) делает их использование экономически оправданным не только в области космецевтических средств, но и кормов, в т. ч. кормов для аквакультуры.
В качестве примера продукта, получаемого по разработанной технологии управляемого гидролиза белков, можно привести свойства пептидного продукта, полученного из белка черной львинки (Hermetia illucens) и содержащего до 37% от сухого вещества антимикробных пептидов (Cecropin A-like, attacins и diptericins), способных подавлять рост как грамположительных бактерий, включая такую «сложную» бактерию, как Staphylococcus aureus, так и грамотрицательных бактерий, например, Escherichia coli. В пептидном продукте также высока доля имуномодулирующих пептидов, представленных фрагментами PGRPs (peptidoglycan recognition proteins) и GNBPs (gram-negative bacteria binding proteins), и способных активировать синтез цитокинов иммунными клетками. Функциональные низкомолекулярные пептиды характеризуются наименьшим содержанием (около 5,5% от общего количества пептидов), но наибольшей важностью (относительно других компонентов). Это широкий класс пептидов с 2-8 аминокислотами в своём составе, способных ускорять процессы роста (в аспекте использования для кормов) и регенерации (в случае применения в составе косметических препаратов, в том числе антивозрастных).
Применение созданной технологии в сочетании с различными источниками белка позволяет получить широкий спектр высокоактивных смесей пептидов, не уступающих синтетическим продуктам по своей активности, но при этом существенно ниже по стоимости, а значит, имеющих значительно более широкую сферу применения.
Регенерация отработанных пищевых растительных масел
Наиболее частым способом утилизации пищевых отработанных растительных масел (ОРМ) является их перевод в биодизельное топливо, к слову сказать не самый экономически оправданный способ, особенно сейчас в России ввиду дороговизны такого дизельного топлива в сравнении с нефтяным и практической невозможностью его продажи на экспорт. Вместе с тем, деградация растительного масла после его использования, например, фритюрного масла, не столь велика. Продукты распада могут быть легко отделены и переработаны в то же упомянутое биодизельное топливо или базовые масла 5-й группы по API, в то время как основной объем масла после соответствующей очистки будет эквивалентен исходному маслу по жирокислотному профилю, пероксидному и кислотному числам и может быть использован повторно.
Регенерация ОРМ, процесс, по достижению своей конечной цели, схож с процессом рафинирование масла и состоит в отделении всего лишнего, отличного от триглицеридов жирных кислот. В процессе регенерации удаляются примеси, окислы и загрязнители образовавшиеся в процессе использования масла из-за его окисления, гидролиза и термодеструкции.
Удаление взвесей и твердых загрязнителей вряд ли интересно для описания и легко решается типовыми процессами отставания, фильтрации или центрифугирования, часто совмещенными с процессами коагуляции.
Удаление растворенных загрязняющих веществ, в промышленных зарубежных установках, осуществляется с помощью экстракции жидким пропаном, и хотя такой способ вполне эффективен и безопасен (пропан не токсичен и полностью улетучивается из очищенного продукта) его реализация на малых установках имеет высокую стоимость и не всегда оказывается приемлемым.
Разработанная компанией новая технология лишена подобного недостатка и в отличие от ряда других решений является полностью безотходной без образования сточных вод и побочных продуктов с низкой марженальностью. Суть технологи фильтрация через хемосорбционную полимерную мембрану или хемасорбционную колонну, в результате чего практически нацело отделяются все продукты распада триглицеридов, обладающих существенно более высокой полярностью.
Продуктом разделения ОРМ является целевой продукт – восстановленное масло (80-96%), по своим свойствам пригодное для повторного применения или для использования в кормах, а так же в технических целях, жирные кислоты, глицерин и не полные (ди-, моно-) глицериды (суммарно 2-18%), а также смоляная часть (продукты конденсации альдегидов, в частности акролеина – как правило, не более 2%).
Созданная технология во многом решает проблему переработки ОРМ, в отличие от распространённых на сегодня способов обращения с подобного рода продуктами.
Наиболее частым способом утилизации пищевых отработанных растительных масел (ОРМ) является их перевод в биодизельное топливо, к слову сказать не самый экономически оправданный способ, особенно сейчас в России ввиду дороговизны такого дизельного топлива в сравнении с нефтяным и практической невозможностью его продажи на экспорт. Вместе с тем, деградация растительного масла после его использования, например, фритюрного масла, не столь велика. Продукты распада могут быть легко отделены и переработаны в то же упомянутое биодизельное топливо или базовые масла 5-й группы по API, в то время как основной объем масла после соответствующей очистки будет эквивалентен исходному маслу по жирокислотному профилю, пероксидному и кислотному числам и может быть использован повторно.
Регенерация ОРМ, процесс, по достижению своей конечной цели, схож с процессом рафинирование масла и состоит в отделении всего лишнего, отличного от триглицеридов жирных кислот. В процессе регенерации удаляются примеси, окислы и загрязнители образовавшиеся в процессе использования масла из-за его окисления, гидролиза и термодеструкции.
Удаление взвесей и твердых загрязнителей вряд ли интересно для описания и легко решается типовыми процессами отставания, фильтрации или центрифугирования, часто совмещенными с процессами коагуляции.
Удаление растворенных загрязняющих веществ, в промышленных зарубежных установках, осуществляется с помощью экстракции жидким пропаном, и хотя такой способ вполне эффективен и безопасен (пропан не токсичен и полностью улетучивается из очищенного продукта) его реализация на малых установках имеет высокую стоимость и не всегда оказывается приемлемым.
Разработанная компанией новая технология лишена подобного недостатка и в отличие от ряда других решений является полностью безотходной без образования сточных вод и побочных продуктов с низкой марженальностью. Суть технологи фильтрация через хемосорбционную полимерную мембрану или хемасорбционную колонну, в результате чего практически нацело отделяются все продукты распада триглицеридов, обладающих существенно более высокой полярностью.
Продуктом разделения ОРМ является целевой продукт – восстановленное масло (80-96%), по своим свойствам пригодное для повторного применения или для использования в кормах, а так же в технических целях, жирные кислоты, глицерин и не полные (ди-, моно-) глицериды (суммарно 2-18%), а также смоляная часть (продукты конденсации альдегидов, в частности акролеина – как правило, не более 2%).
Созданная технология во многом решает проблему переработки ОРМ, в отличие от распространённых на сегодня способов обращения с подобного рода продуктами.
Малая электрогенерация – решение с оптимизацией по капитальным затратам
В ряде случаев возникает задача генерации недорогой электроэнергии при условии доступного источника недорогого бросового топлива, например, древесных опилок на лесопильных цехах. При этом частым требованием к решению такой задачи является выполнение требования минимизации капитальных затрат на электростанцию, даже с учетом приемлемого падения КПД электрогенерации (22-27%, это меньше, чем у дизельных двигателей, но вполне сопоставимо с бензиновыми и турбинами малой мощности). Учитывая условие малой стоимости топлива, решение поставленной задачи становится экономически оправданным, особенно в случае, когда еще есть внутреннее потребление тепла на технологические цели, поскольку КПД в режиме когенерации вполне может быть равным 85-96%.
Все ранее известные решения не являются решением поставленной задачи, поскольку в большинстве случаев для малых мощностей в диапазоне 50-500 кВт их стоимость существенно выше, чем просто ГПУ, а при чрезмерном упрощении КПД электрической генерации падает до тех значений, когда постройка такой электростанции нецелесообразной по технико-экономическим соображениям.
Разработанное решение основано на применении ранее разработанного (2018 г.) в НИИЭПФ радиального двигателя с эффектом экранного слоя и по типу конструкции, относящегося к радиально-пластинчатым машинам. Двигатель может работать на давлениях даже менее 10 атм, сохраняя хороший КПД на валу. Другим важным преимуществом двигателя является его частота оборотов – 1500 мин-1, что идеально для применения типовых альтернаторов и большой ресурс непрерывной работы (годы или даже десятилетия) без какого-либо обслуживания.
Разработанная схема электростанции включает два радиальнолопастных аппарата, расположенных на одном валу вместе с альтернатором. В качестве рабочего газа используется воздух, без системы градирен и охлаждения. Упрощенно, работа электростанции может быть описана следующим образом. Радиальнолопастной аппарат (лопастная турбина) приводит во вращение вал, на котором размещен альтернатор, вырабатывающий электроэнергию, и второй радиальнолопастной аппарат, работающий в режиме компрессора и сжимающий холодный воздух. Сжатый воздух поступает в камеру нагрева, отапливаемую топочными газами, в результате чего происходит его изобарическое расширение с увеличением объема. Расширенный горячий воздух поступает на первый радиальнолопастной аппарат, работающий в режиме турбины и приводящий в действие питающий его компрессор и альтернатор. Отработанный воздух сбрасывается в атмосферу или используется в качестве сушильного агента, или его тепло рекуперируется для нагрева жидкого теплоносителя, например, термомасла или горячей воды.
Электростанции по разработанной схеме включают более чем проверенные и отработанные инженерные решения, обладают относительно небольшой стоимостью (на уровне хороших ГПУ), длительным сроком службы и периодичностью обслуживания. Таким образом, они могут получить достаточно широкое распространение во всех тех случаях, когда необходима генерация дешёвой электроэнергии при наличии источника бросового или недорогого топлива.
В ряде случаев возникает задача генерации недорогой электроэнергии при условии доступного источника недорогого бросового топлива, например, древесных опилок на лесопильных цехах. При этом частым требованием к решению такой задачи является выполнение требования минимизации капитальных затрат на электростанцию, даже с учетом приемлемого падения КПД электрогенерации (22-27%, это меньше, чем у дизельных двигателей, но вполне сопоставимо с бензиновыми и турбинами малой мощности). Учитывая условие малой стоимости топлива, решение поставленной задачи становится экономически оправданным, особенно в случае, когда еще есть внутреннее потребление тепла на технологические цели, поскольку КПД в режиме когенерации вполне может быть равным 85-96%.
Все ранее известные решения не являются решением поставленной задачи, поскольку в большинстве случаев для малых мощностей в диапазоне 50-500 кВт их стоимость существенно выше, чем просто ГПУ, а при чрезмерном упрощении КПД электрической генерации падает до тех значений, когда постройка такой электростанции нецелесообразной по технико-экономическим соображениям.
Разработанное решение основано на применении ранее разработанного (2018 г.) в НИИЭПФ радиального двигателя с эффектом экранного слоя и по типу конструкции, относящегося к радиально-пластинчатым машинам. Двигатель может работать на давлениях даже менее 10 атм, сохраняя хороший КПД на валу. Другим важным преимуществом двигателя является его частота оборотов – 1500 мин-1, что идеально для применения типовых альтернаторов и большой ресурс непрерывной работы (годы или даже десятилетия) без какого-либо обслуживания.
Разработанная схема электростанции включает два радиальнолопастных аппарата, расположенных на одном валу вместе с альтернатором. В качестве рабочего газа используется воздух, без системы градирен и охлаждения. Упрощенно, работа электростанции может быть описана следующим образом. Радиальнолопастной аппарат (лопастная турбина) приводит во вращение вал, на котором размещен альтернатор, вырабатывающий электроэнергию, и второй радиальнолопастной аппарат, работающий в режиме компрессора и сжимающий холодный воздух. Сжатый воздух поступает в камеру нагрева, отапливаемую топочными газами, в результате чего происходит его изобарическое расширение с увеличением объема. Расширенный горячий воздух поступает на первый радиальнолопастной аппарат, работающий в режиме турбины и приводящий в действие питающий его компрессор и альтернатор. Отработанный воздух сбрасывается в атмосферу или используется в качестве сушильного агента, или его тепло рекуперируется для нагрева жидкого теплоносителя, например, термомасла или горячей воды.
Электростанции по разработанной схеме включают более чем проверенные и отработанные инженерные решения, обладают относительно небольшой стоимостью (на уровне хороших ГПУ), длительным сроком службы и периодичностью обслуживания. Таким образом, они могут получить достаточно широкое распространение во всех тех случаях, когда необходима генерация дешёвой электроэнергии при наличии источника бросового или недорогого топлива.
Выработка электроэнергии путем утилизации навоза и птичьего помета
Навоз, птичий помет, особенно клеточного содержания (около 80% влажности), в ряде случаев, особенно в условиях средней полосы, является достаточно проблемным продуктом. На сегодня существуют всего три типа решений, связанных с выработкой тепла и электроэнергии: сжигание в специализированных котлах (в случае с подстилочным пометом), близкое к нему решение, связанное с предварительным механическим осушением (сепарированием), сушкой и газификацией навоза или помета, в т.ч. помета клеточного содержания, и выработка электроэнергии и тепла из полученного газа с помощью ГПУ; и, наконец, третье решение – сбраживание с получением биометана, используемого для электрогенерации или когенерации (выработки тепловой и электрической энергии). Все эти решения достаточно сложны и/или затратны в реализации; есть сложности в экологичности дымовых газов (при сжигании) или сложности утилизации продуктов сбраживания при получении биометана.
Разработанное НИИЭПФ (входит в состав ГК ЭОН) решение является принципиально отличным от рассмотренных выше решений и заключается в аэробном сбраживании навоза/помета с помощью термофильных бактерий. Тепло, выделяемое при сбраживании, отбирается с помощью жидкого теплоносителя и используется для генерации электроэнергии в ORC электростанции на базе той или иной турбины или поршневой тепловой машины. В процессе аэробного сбраживания навоз/помет полностью обеззараживается вследствие высоких температур и превращается в перегной, являющийся безопасным и эффективным удобрением. Принципиальная схема электрогенерации на навозе/птичьем помете приведена выше.
Говоря о технико-экономической эффективности, рассмотрим случай утилизации птичьего подстилочного помета. Его низшая теплота сгорания при влажности 40% составляет величину около 2100 ккал/кг или 8 792 кДж/кг, что объясняется его высокой влажностью. Из 1 кг такого помета можно получить в метатанке около 0,18 кг метана (степень разложения органического вещества 70%) и кратно больший (в сравнении с первоначальным) объем зловонной жидкости – продуктов анаэробного брожения. Исходя из изложенного, полученные сравнительные технико-экономические показатели способов переработки такого помета мощностью 1 т/час представлены в таблице.
В завершении этой небольшой публикации хочется заметить, что не бывает плохих или хороших технических решений самих по себе; многое зависит от того, насколько то или иное решение соответствует конкретной задаче. Впрочем, во многих, если не в большинстве случаев, оптимальным будет именно описанное выше решение.
Навоз, птичий помет, особенно клеточного содержания (около 80% влажности), в ряде случаев, особенно в условиях средней полосы, является достаточно проблемным продуктом. На сегодня существуют всего три типа решений, связанных с выработкой тепла и электроэнергии: сжигание в специализированных котлах (в случае с подстилочным пометом), близкое к нему решение, связанное с предварительным механическим осушением (сепарированием), сушкой и газификацией навоза или помета, в т.ч. помета клеточного содержания, и выработка электроэнергии и тепла из полученного газа с помощью ГПУ; и, наконец, третье решение – сбраживание с получением биометана, используемого для электрогенерации или когенерации (выработки тепловой и электрической энергии). Все эти решения достаточно сложны и/или затратны в реализации; есть сложности в экологичности дымовых газов (при сжигании) или сложности утилизации продуктов сбраживания при получении биометана.
Разработанное НИИЭПФ (входит в состав ГК ЭОН) решение является принципиально отличным от рассмотренных выше решений и заключается в аэробном сбраживании навоза/помета с помощью термофильных бактерий. Тепло, выделяемое при сбраживании, отбирается с помощью жидкого теплоносителя и используется для генерации электроэнергии в ORC электростанции на базе той или иной турбины или поршневой тепловой машины. В процессе аэробного сбраживания навоз/помет полностью обеззараживается вследствие высоких температур и превращается в перегной, являющийся безопасным и эффективным удобрением. Принципиальная схема электрогенерации на навозе/птичьем помете приведена выше.
Говоря о технико-экономической эффективности, рассмотрим случай утилизации птичьего подстилочного помета. Его низшая теплота сгорания при влажности 40% составляет величину около 2100 ккал/кг или 8 792 кДж/кг, что объясняется его высокой влажностью. Из 1 кг такого помета можно получить в метатанке около 0,18 кг метана (степень разложения органического вещества 70%) и кратно больший (в сравнении с первоначальным) объем зловонной жидкости – продуктов анаэробного брожения. Исходя из изложенного, полученные сравнительные технико-экономические показатели способов переработки такого помета мощностью 1 т/час представлены в таблице.
В завершении этой небольшой публикации хочется заметить, что не бывает плохих или хороших технических решений самих по себе; многое зависит от того, насколько то или иное решение соответствует конкретной задаче. Впрочем, во многих, если не в большинстве случаев, оптимальным будет именно описанное выше решение.
Альтернативные способы культивации личинки черной львинки
Личинка черной львинки (Hermetia illucens) – первое кормовое насекомое, получившее в России общее признание и целесообразность использования в кормах, как сырья для получения биологически активных соединений и антибиотиков. Существует большое количество отечественных публикаций и работающих технологий в области состава кормовых смесей (от опилок хвойных пород, птичьего помета, навоза до пищевых продуктов типа отрубей и молочной сыворотки) и их связи с особенностями химического состава получаемых личинок, селекции личинки черной львинки, технологии и оптимизации выращивания в контейнерах. Выращивание в контейнерах (ящиках) – это единственный способ производства личинки черной львинки; он прост, надежен, доступен каждому, но дорог и требует большого объема труда или дорогостоящей роботизации производства (пример такого роботизированного производства на YouTube или RUTUBE).
Далее рассмотрим известные нам способы выращивания личинки черной львинки, отличные от ее культивации в контейнерах и имеющие перед этим методом ряд преимуществ. Первый из рассматриваемых способов – выращивание львинки в мешках или рукавах. Этот способ не уступает по простоте контейнерному способу, но имеет куда больший потенциал к автоматизации, а в больших масштабах производства защищает львинку от ряда заболеваний и хищных насекомых. Интересно отметить, что в России и, вероятно, в странах постсоветского пространства данный способ известен с высокой долей вероятности из первоисточников, в первую очередь, французских и бельгийских патентных документов, но не реализован в силу отсутствия более глубоких знаний. С высокой долей вероятности мы были первыми в России, кто смог на практике реализовать данный метод, определив ключевые параметры процесса выращивания, включая такие важные, как размер мешков/рукавов, плотность и проницаемость ткани, расстояние между мешками или рукавами при тоннельном способе выращивания, а также ряд других более тонких параметров.
Второй способ, отличный от способа выращивания личинки львинки в ящиках, – это культивация на специальной насадке с использованием полужидкого питательного субстрата. Данный способ основан на способности выращивания львинки на наклонных пластинах с определенным рельефом поверхности (были опробованы различные варианты рельефа от специального профиля в сочетании с микроперфорацией до тканного ворсистого материала из микрофибры). Пластины периодически орошаются полужидким субстратом, а подросшие личинки львинки переползают вверх для сбора. Этот способ имеет хорошую пригодность для промышленной реализации и более подходит для решения задачи утилизации ряда отходов.
Третий способ – выращивание в поточном культиваторе – наилучшим образом пригоден для промышленного использования, хотя и требует наибольших начальных капитальных затрат. Предлагаемый культиватор содержит ряды наклонных каналов, сверху которых подается кормовая смесь со стартовыми личинками (5-дневные личинки с момента их появления из яиц), а снизу за счет транспортной ленты идет выгрузка смеси зоогумуса и личинок с подачей на вибросито для их разделения.
Все три рассмотренные способа проверены на практике и являются хорошей альтернативой контейнерному способу, более пригодному для лабораторного выращивания или выращивания в совсем малых объемах.
Личинка черной львинки (Hermetia illucens) – первое кормовое насекомое, получившее в России общее признание и целесообразность использования в кормах, как сырья для получения биологически активных соединений и антибиотиков. Существует большое количество отечественных публикаций и работающих технологий в области состава кормовых смесей (от опилок хвойных пород, птичьего помета, навоза до пищевых продуктов типа отрубей и молочной сыворотки) и их связи с особенностями химического состава получаемых личинок, селекции личинки черной львинки, технологии и оптимизации выращивания в контейнерах. Выращивание в контейнерах (ящиках) – это единственный способ производства личинки черной львинки; он прост, надежен, доступен каждому, но дорог и требует большого объема труда или дорогостоящей роботизации производства (пример такого роботизированного производства на YouTube или RUTUBE).
Далее рассмотрим известные нам способы выращивания личинки черной львинки, отличные от ее культивации в контейнерах и имеющие перед этим методом ряд преимуществ. Первый из рассматриваемых способов – выращивание львинки в мешках или рукавах. Этот способ не уступает по простоте контейнерному способу, но имеет куда больший потенциал к автоматизации, а в больших масштабах производства защищает львинку от ряда заболеваний и хищных насекомых. Интересно отметить, что в России и, вероятно, в странах постсоветского пространства данный способ известен с высокой долей вероятности из первоисточников, в первую очередь, французских и бельгийских патентных документов, но не реализован в силу отсутствия более глубоких знаний. С высокой долей вероятности мы были первыми в России, кто смог на практике реализовать данный метод, определив ключевые параметры процесса выращивания, включая такие важные, как размер мешков/рукавов, плотность и проницаемость ткани, расстояние между мешками или рукавами при тоннельном способе выращивания, а также ряд других более тонких параметров.
Второй способ, отличный от способа выращивания личинки львинки в ящиках, – это культивация на специальной насадке с использованием полужидкого питательного субстрата. Данный способ основан на способности выращивания львинки на наклонных пластинах с определенным рельефом поверхности (были опробованы различные варианты рельефа от специального профиля в сочетании с микроперфорацией до тканного ворсистого материала из микрофибры). Пластины периодически орошаются полужидким субстратом, а подросшие личинки львинки переползают вверх для сбора. Этот способ имеет хорошую пригодность для промышленной реализации и более подходит для решения задачи утилизации ряда отходов.
Третий способ – выращивание в поточном культиваторе – наилучшим образом пригоден для промышленного использования, хотя и требует наибольших начальных капитальных затрат. Предлагаемый культиватор содержит ряды наклонных каналов, сверху которых подается кормовая смесь со стартовыми личинками (5-дневные личинки с момента их появления из яиц), а снизу за счет транспортной ленты идет выгрузка смеси зоогумуса и личинок с подачей на вибросито для их разделения.
Все три рассмотренные способа проверены на практике и являются хорошей альтернативой контейнерному способу, более пригодному для лабораторного выращивания или выращивания в совсем малых объемах.
Об автономной генерации для частного дома
Задача электрогенерации для частного дома (или небольшого фермерского хозяйства или иного объекта с максимальной мощностью потребления в условном диапазоне 10-50 кВт) возникает либо из-за стремления снизить затраты на сетевую электроэнергию, либо решения задачи автономности, когда сетевая электроэнергия недоступна.
При наличии магистрального газа решение задачи простое и состоит в установке малой ГПУ с утилизатором тепла, используемого для горячего водоснабжения и отопления, а в летний период — для охлаждения воздуха (за счет использования абсорбционных кондиционеров).
В отсутствии магистрального газа или недорого его аналога (автономная газификация с использованием сниженного газа) остаются варианты с использованием в качестве топлива угля, древесных пеллет или агропеллет (возможно, и дров, но использование дров более сложно в части автоматизации электростанции), каменного и бурого угля, отработанного моторного масла (ОММ). Ниже рассмотрим возможные схемы генерации со всеми этими вариантами топлива.
Самое простое – использование отработанного моторного масла. По сути, в этом случае решение задачи автономной генерации практически ничем не отличается от такой задачи при наличии магистрального газа, с тем лишь отличием, что вместо ГПУ ставится специализированная ДГУ (расход ОММ примерно 18 л на 100 кВт·ч электроэнергии и до 100 кВт·ч тепла в виде нагретой до +90-95°C горячей воды). Впрочем, в пересчете на единицу энергии стоимость ОММ существенно выше стоимости магистрального газа, а соотношение вырабатываемой электрической и тепловой энергии в большинстве случаев будет отличаться от соотношения потребляемых значений электрической и тепловой энергии с явным и существенным дисбалансом в сторону избытка тепловой. Для устранения такого дисбаланса и снижения себестоимости вырабатываемой электроэнергии целесообразно включение второго контура генерации электроэнергии на базе ORC-сборки с использованием избыточной тепловой энергии. В этом случае общий КПД чистой электрогенерации может составлять величину до 75% против 40-47% при использовании только ДГУ, а значит, пропорционально будет снижена себестоимость вырабатываемой электроэнергии. Например, при стоимости ОММ 22 р/л стоимость 1 кВт·ч электроэнергии составит в первом и во втором случаях 3,96 и 2,48 рубля за один кВт·ч соответственно.
Схемы генерации с использованием в качестве топлива пеллет, угля, дров однотипны и отличаются между собой лишь модификацией оборудования с учетом специфики того или иного топлива. Такие схемы генерации включают автоматический котел-газификатор, в котором твердое топливо преобразуется в газ, систему очистки газа и ГПУ. Когенерация тепла осуществляется на этапе газификации твердого топлива и на этапе утилизации тепла дымовых газов при работе ГПУ. Здесь, так же как и в случае со схемой генерации при использовании в качестве топлива ОММ, целесообразна и экономически оправдана в большинстве случаев установка второго контура электрогенерации на базе ORC-сборки. КПД только электрогенерации первого контура (связка газификатора с ГПУ) составляет около 28-32%, КПД чистой электрогенерации с учетом второго контура составляет 48-54%.
Задача электрогенерации для частного дома (или небольшого фермерского хозяйства или иного объекта с максимальной мощностью потребления в условном диапазоне 10-50 кВт) возникает либо из-за стремления снизить затраты на сетевую электроэнергию, либо решения задачи автономности, когда сетевая электроэнергия недоступна.
При наличии магистрального газа решение задачи простое и состоит в установке малой ГПУ с утилизатором тепла, используемого для горячего водоснабжения и отопления, а в летний период — для охлаждения воздуха (за счет использования абсорбционных кондиционеров).
В отсутствии магистрального газа или недорого его аналога (автономная газификация с использованием сниженного газа) остаются варианты с использованием в качестве топлива угля, древесных пеллет или агропеллет (возможно, и дров, но использование дров более сложно в части автоматизации электростанции), каменного и бурого угля, отработанного моторного масла (ОММ). Ниже рассмотрим возможные схемы генерации со всеми этими вариантами топлива.
Самое простое – использование отработанного моторного масла. По сути, в этом случае решение задачи автономной генерации практически ничем не отличается от такой задачи при наличии магистрального газа, с тем лишь отличием, что вместо ГПУ ставится специализированная ДГУ (расход ОММ примерно 18 л на 100 кВт·ч электроэнергии и до 100 кВт·ч тепла в виде нагретой до +90-95°C горячей воды). Впрочем, в пересчете на единицу энергии стоимость ОММ существенно выше стоимости магистрального газа, а соотношение вырабатываемой электрической и тепловой энергии в большинстве случаев будет отличаться от соотношения потребляемых значений электрической и тепловой энергии с явным и существенным дисбалансом в сторону избытка тепловой. Для устранения такого дисбаланса и снижения себестоимости вырабатываемой электроэнергии целесообразно включение второго контура генерации электроэнергии на базе ORC-сборки с использованием избыточной тепловой энергии. В этом случае общий КПД чистой электрогенерации может составлять величину до 75% против 40-47% при использовании только ДГУ, а значит, пропорционально будет снижена себестоимость вырабатываемой электроэнергии. Например, при стоимости ОММ 22 р/л стоимость 1 кВт·ч электроэнергии составит в первом и во втором случаях 3,96 и 2,48 рубля за один кВт·ч соответственно.
Схемы генерации с использованием в качестве топлива пеллет, угля, дров однотипны и отличаются между собой лишь модификацией оборудования с учетом специфики того или иного топлива. Такие схемы генерации включают автоматический котел-газификатор, в котором твердое топливо преобразуется в газ, систему очистки газа и ГПУ. Когенерация тепла осуществляется на этапе газификации твердого топлива и на этапе утилизации тепла дымовых газов при работе ГПУ. Здесь, так же как и в случае со схемой генерации при использовании в качестве топлива ОММ, целесообразна и экономически оправдана в большинстве случаев установка второго контура электрогенерации на базе ORC-сборки. КПД только электрогенерации первого контура (связка газификатора с ГПУ) составляет около 28-32%, КПД чистой электрогенерации с учетом второго контура составляет 48-54%.
Продолжение
Рассмотренные схемы являются в большинстве случаев оптимальными и единственно экономически оправданными. Конечно, существуют паровые поршневые двигатели, но для их работы потребовался паровой котел и конденсатор-охладитель. Стоимость решения с паровым поршневым двигателем с приемлемым КПД в два-три раза выше стоимости решения с ГПУ/ДГУ. Использование недорогих паропоршневых двигателей, на практике имеющих КПД не более 18%, а КПД чистой электрогенерации не более 15%, делает их применение экономически нецелесообразным, если, конечно, нет источника совсем недорого или даже бросового топлива (но и в этом случае есть куда более оптимальное решение). По той же причине не применимы отечественные недорогие двигатели Стирлинга и электростанции на их базе, имеющие заявленный КПД (на практике, вероятно, еще ниже, исходя из анализа их характеристик и конструкции) в диапазоне всего лишь 10-18% (т.е. при прочих равных, в сравнении с ГПУ, электростанция на базе такого недорого Стирлинга позволит получить электроэнергию в 2,5-4,5 раза дороже). Применение более совершенных двигателей Стирлинга, например, зарубежного производства, с КПД 45-50% в 5-7 раз дороже любого из описываемых здесь решений, что делает его также экономически нецелесообразным.
В публикации намеренно не были рассмотрены варианты с использованием альтернативных источников энергии: солнечных батарей, ИК-коллекторов, ветряков. Их использование возможно и в ряде случаев целесообразно, но все же имеет существенные ограничения, особенно в средней полосе и на севере. Вместе с тем, с технической точки зрения решение задачи автономной генерации частного дома с использованием альтернативных источников энергии интересно и будет рассмотрено в одной из следующих публикаций.
Комментарий и дополнения к этой и другим публикациям доступны на канале в YouTube и RUTUBE
YouTube
RUTUBE
Рассмотренные схемы являются в большинстве случаев оптимальными и единственно экономически оправданными. Конечно, существуют паровые поршневые двигатели, но для их работы потребовался паровой котел и конденсатор-охладитель. Стоимость решения с паровым поршневым двигателем с приемлемым КПД в два-три раза выше стоимости решения с ГПУ/ДГУ. Использование недорогих паропоршневых двигателей, на практике имеющих КПД не более 18%, а КПД чистой электрогенерации не более 15%, делает их применение экономически нецелесообразным, если, конечно, нет источника совсем недорого или даже бросового топлива (но и в этом случае есть куда более оптимальное решение). По той же причине не применимы отечественные недорогие двигатели Стирлинга и электростанции на их базе, имеющие заявленный КПД (на практике, вероятно, еще ниже, исходя из анализа их характеристик и конструкции) в диапазоне всего лишь 10-18% (т.е. при прочих равных, в сравнении с ГПУ, электростанция на базе такого недорого Стирлинга позволит получить электроэнергию в 2,5-4,5 раза дороже). Применение более совершенных двигателей Стирлинга, например, зарубежного производства, с КПД 45-50% в 5-7 раз дороже любого из описываемых здесь решений, что делает его также экономически нецелесообразным.
В публикации намеренно не были рассмотрены варианты с использованием альтернативных источников энергии: солнечных батарей, ИК-коллекторов, ветряков. Их использование возможно и в ряде случаев целесообразно, но все же имеет существенные ограничения, особенно в средней полосе и на севере. Вместе с тем, с технической точки зрения решение задачи автономной генерации частного дома с использованием альтернативных источников энергии интересно и будет рассмотрено в одной из следующих публикаций.
Комментарий и дополнения к этой и другим публикациям доступны на канале в YouTube и RUTUBE
YouTube
RUTUBE
О энергоавтономности и энергоэффективности здания
Название публикации могло бы звучать как: «О энергоавтономности и энергоэффективности частного дома», и на примере именно частного дома далее будут рассмотрены технические аспекты достижения задачи энергоавтономности и энергоэффективности, но все изложенное здесь будет применимо для многих других жилых и нежилых зданий.
Энергонезависимость и бесплатное электричество на условных дровах – одна из любимых тем профильных форумов, участники которых забывают о стоимости топлива и о себестоимости электроэнергии, особенно с учетом самодельных паровых машин с КПД всего в несколько единиц процентов. Правда же состоит в том, что говорить о экономической целесообразности автономной генерации можно только в двух случаях: когда нет возможности подключения к электросети или когда топливо стоит действительно недорого или оно вовсе бросовое. В большинстве остальных случаев окупаемость затрат на миниэлектростанции для автономной генерации с хорошим КПД чистой электрогенерации будет долгой — от одного года (например, недорогой магистральный газ, отработанное моторное масло) до 3-7 лет (недорогие уголь или пеллеты). Электроэнергия в России и правда, весьма недорогая.
Смотрите видео на эту тему (YouTube или RUTUBE).
Впрочем, решения, непригодные для задачи «энергоавтономность», вполне могут быть оправданы для решения задачи «энергоэффективность» — показателя, отражающего, насколько рационально здание использует энергоресурсы: отопление, вентиляцию, освещение, водоснабжение.
В аспекте понятия «энергоэффективность» задача электрогенерации будет сформулирована как задача согенерации, т.е. экономии сетевой электроэнергии за счет генерации собственной в режиме когенерации тепла для отопления. В этом случае не столь важен КПД чистой электрогенерации, сколько стоимость оборудования и его окупаемость.
Более подробное объяснение на видео (YouTube или RUTUBE).
Решая таким образом задачу минимизации затрат на электроэнергию в сезон отопления, интересно будет рассмотреть возможность экономии электроэнергии в теплый сезон за счет снижения затрат на сетевую электроэнергию, используемую для охлаждения воздуха. Более того, предлагаемое ниже решение позволяет не только осуществить экономию сетевой электроэнергии на охлаждение воздуха при его кондиционировании, но и заместить часть сетевой электроэнергии, используемой для других нужд. Речь идет о использовании энергии тепла, получаемого за счет использования солнечных коллекторов. При этом в теплый период, когда стоит задача охлаждения воздуха внутри помещения, вовсе необязательно использовать вакуумные ИК-коллекторы, способные работать даже при отрицательных температурах, заменяя их на недорогие змеевики. Имея тепловую энергию, посредством АХМ возможна выработка холода, а при необходимости — посредством ORC-сборки выработка дополнительного количества электроэнергии для замещения сетевой электроэнергии.
Более подробное объяснение в этом видео (YouTube или RUTUBE).
И в завершении: что такое АХМ и принцип его работы простыми словами – смотрите видео (YouTube или RUTUBE).
Название публикации могло бы звучать как: «О энергоавтономности и энергоэффективности частного дома», и на примере именно частного дома далее будут рассмотрены технические аспекты достижения задачи энергоавтономности и энергоэффективности, но все изложенное здесь будет применимо для многих других жилых и нежилых зданий.
Энергонезависимость и бесплатное электричество на условных дровах – одна из любимых тем профильных форумов, участники которых забывают о стоимости топлива и о себестоимости электроэнергии, особенно с учетом самодельных паровых машин с КПД всего в несколько единиц процентов. Правда же состоит в том, что говорить о экономической целесообразности автономной генерации можно только в двух случаях: когда нет возможности подключения к электросети или когда топливо стоит действительно недорого или оно вовсе бросовое. В большинстве остальных случаев окупаемость затрат на миниэлектростанции для автономной генерации с хорошим КПД чистой электрогенерации будет долгой — от одного года (например, недорогой магистральный газ, отработанное моторное масло) до 3-7 лет (недорогие уголь или пеллеты). Электроэнергия в России и правда, весьма недорогая.
Смотрите видео на эту тему (YouTube или RUTUBE).
Впрочем, решения, непригодные для задачи «энергоавтономность», вполне могут быть оправданы для решения задачи «энергоэффективность» — показателя, отражающего, насколько рационально здание использует энергоресурсы: отопление, вентиляцию, освещение, водоснабжение.
В аспекте понятия «энергоэффективность» задача электрогенерации будет сформулирована как задача согенерации, т.е. экономии сетевой электроэнергии за счет генерации собственной в режиме когенерации тепла для отопления. В этом случае не столь важен КПД чистой электрогенерации, сколько стоимость оборудования и его окупаемость.
Более подробное объяснение на видео (YouTube или RUTUBE).
Решая таким образом задачу минимизации затрат на электроэнергию в сезон отопления, интересно будет рассмотреть возможность экономии электроэнергии в теплый сезон за счет снижения затрат на сетевую электроэнергию, используемую для охлаждения воздуха. Более того, предлагаемое ниже решение позволяет не только осуществить экономию сетевой электроэнергии на охлаждение воздуха при его кондиционировании, но и заместить часть сетевой электроэнергии, используемой для других нужд. Речь идет о использовании энергии тепла, получаемого за счет использования солнечных коллекторов. При этом в теплый период, когда стоит задача охлаждения воздуха внутри помещения, вовсе необязательно использовать вакуумные ИК-коллекторы, способные работать даже при отрицательных температурах, заменяя их на недорогие змеевики. Имея тепловую энергию, посредством АХМ возможна выработка холода, а при необходимости — посредством ORC-сборки выработка дополнительного количества электроэнергии для замещения сетевой электроэнергии.
Более подробное объяснение в этом видео (YouTube или RUTUBE).
И в завершении: что такое АХМ и принцип его работы простыми словами – смотрите видео (YouTube или RUTUBE).
Энергоэффективность дома - вариант схемы для практической реализации
Ранее в публикациях и видео-комментариях к ним уже говорилось, что в большинстве случаев энергоавтономность дома в условиях недорогой электроэнергии экономически нецелесообразна, и говорить о ней можно либо когда эта сетевая электроэнергия дорога, её нет вовсе или есть недорогое топливо. При этом задача энергоэффективности, подразумевающая частичную генерацию электроэнергии из вырабатываемого излишка тепловой энергии, имеет вполне явную экономическую оправданность.
Предлагаемая схема в первую очередь пригодна для вновь строящихся зданий, хотя если дом имеет хорошую теплоизоляцию и каналы приточно-вытяжной вентиляции, то данное схемное решение в большинстве случаев будет пригодным и для него.
В основу технологической схемы энергосберегающего и генерирующего оборудования дома положена идея перераспределения тепловых потоков с отбором избытка тепла для генерации электроэнергии, а в летний период – холода. Более подробный рассказ в видеоприложении к этой публикации (YouTube или RUTUBE).
Технико-экономический эффект от внедрения подобной схемы состоит в двухкратном и более снижении затрат на отопление и электроэнергию. При этом оборудование не требует или практически не требует обслуживания, а назначенный срок его эксплуатации измеряется десятками лет, что целиком оправдывает затраты на него.
Ранее в публикациях и видео-комментариях к ним уже говорилось, что в большинстве случаев энергоавтономность дома в условиях недорогой электроэнергии экономически нецелесообразна, и говорить о ней можно либо когда эта сетевая электроэнергия дорога, её нет вовсе или есть недорогое топливо. При этом задача энергоэффективности, подразумевающая частичную генерацию электроэнергии из вырабатываемого излишка тепловой энергии, имеет вполне явную экономическую оправданность.
Предлагаемая схема в первую очередь пригодна для вновь строящихся зданий, хотя если дом имеет хорошую теплоизоляцию и каналы приточно-вытяжной вентиляции, то данное схемное решение в большинстве случаев будет пригодным и для него.
В основу технологической схемы энергосберегающего и генерирующего оборудования дома положена идея перераспределения тепловых потоков с отбором избытка тепла для генерации электроэнергии, а в летний период – холода. Более подробный рассказ в видеоприложении к этой публикации (YouTube или RUTUBE).
Технико-экономический эффект от внедрения подобной схемы состоит в двухкратном и более снижении затрат на отопление и электроэнергию. При этом оборудование не требует или практически не требует обслуживания, а назначенный срок его эксплуатации измеряется десятками лет, что целиком оправдывает затраты на него.
Дополнение публикации о энергоэффективность дома и вариант схемы для практической реализации
Цель решения задачи энергоэффективности – значительное и максимально возможное снижение денежных затрат на отопление и электроэнергию, что отличает такое решение от решения задачи энергоавтономности и автономной электрогенерации, когда в первую очередь необходимо обеспечить весь объем потребления энергии. При этом в ряде случаев, если весь объем генерируемой энергии, в первую очередь электрической, имеет меньшую стоимость, чем сетевая электроэнергия, решение двух этих задач может совпадать.
Технико-экономический эффект от внедрения ниже описываемого решения состоит в двухкратном и более снижении затрат на отопление и электроэнергию. При этом оборудование не требует или практически не требует обслуживания, а назначенный срок его эксплуатации измеряется десятками лет, что целиком оправдывает произведённые затраты.
В основу технологической схемы энергосберегающего и генерирующего оборудования дома положена идея перераспределения тепловых потоков с отбором избытка тепла для генерации электроэнергии, а в летний период – холода.
Технологическая схема включает в себя термоаккумулятор (теплоизолированную емкость с водой или раствором антифриза), на который завязаны положительные (привносящие тепло) и отрицательные (отбор тепловой мощности) тепловые потоки оборудования.
Оборудование, дающее тепловые потоки, это:
- ИК-коллектор – устройство, размещаемое на крыше дома или отдельно стоящее, обеспечивающее нагрев теплоносителя за счет солнечного тепла.
- Горячий контур теплового насоса, позволяющего рекуперировать тепло воздуха в вытяжной вентиляции.
-Тепловой котел (контур отопления) – источник тепла в условиях, когда котел может производить избыток тепла, расходуемого на отопление. Однако контур отопления может создавать и отрицательный тепловой поток, отбирая тепло из теплового аккумулятора, когда есть недостаток тепла на отопление.
Оборудование с отрицательным тепловым потоком (забирающее тепло):
-Собственно, ORC-электростанция, производящая электроэнергию дешевле сетевой для ее частичного или полного замещения (электроэнергия подается потребителю через согласующее фазы устройство).
-АХМ – абсорбционная холодильная машина – источник холода для охлаждения воздуха в теплый период года (при этом и тепловой положительный поток от ИК-коллектора будет максимальным, покрывая потребности в тепле как для АХМ, так и для ORC-электростанции).
Соотношение распределения тепловых и потоков электроэнергии внутри схемы различное и определятся алгоритмом управляющего устройства в зависимости от текущих климатических факторов.
Достоинствами предложенной схемы, кроме высокой технико-экономической эффективности, является использование ранее созданных НИИЭПФ и хорошо проверенных ее элементов (единиц оборудования), обеспечивающих ресурс работы многие десятилетия в отсутствии необходимости их обслуживания.
Настоящей публикацией мы приглашаем к сотрудничеству проектные и строительные организации для совместного внедрения описываемых решений в практику.
Цель решения задачи энергоэффективности – значительное и максимально возможное снижение денежных затрат на отопление и электроэнергию, что отличает такое решение от решения задачи энергоавтономности и автономной электрогенерации, когда в первую очередь необходимо обеспечить весь объем потребления энергии. При этом в ряде случаев, если весь объем генерируемой энергии, в первую очередь электрической, имеет меньшую стоимость, чем сетевая электроэнергия, решение двух этих задач может совпадать.
Технико-экономический эффект от внедрения ниже описываемого решения состоит в двухкратном и более снижении затрат на отопление и электроэнергию. При этом оборудование не требует или практически не требует обслуживания, а назначенный срок его эксплуатации измеряется десятками лет, что целиком оправдывает произведённые затраты.
В основу технологической схемы энергосберегающего и генерирующего оборудования дома положена идея перераспределения тепловых потоков с отбором избытка тепла для генерации электроэнергии, а в летний период – холода.
Технологическая схема включает в себя термоаккумулятор (теплоизолированную емкость с водой или раствором антифриза), на который завязаны положительные (привносящие тепло) и отрицательные (отбор тепловой мощности) тепловые потоки оборудования.
Оборудование, дающее тепловые потоки, это:
- ИК-коллектор – устройство, размещаемое на крыше дома или отдельно стоящее, обеспечивающее нагрев теплоносителя за счет солнечного тепла.
- Горячий контур теплового насоса, позволяющего рекуперировать тепло воздуха в вытяжной вентиляции.
Справка. Около 50% тепла, затрачиваемого на отопление, расходуется на компенсацию тепловых потерь вентиляции. Тепловой насос позволяет рекуперировать 60% от этого тепла с минимальным расходом электрической энергии (на 1 кВт электроэнергии генерируется 5–5,5 кВт тепловой энергии, расходуемой либо на выработку электроэнергии, либо на нужды отопления, в зависимости от соотношения их дефицита в текущий момент времени). Оставшиеся 35–36% тепла рекуперируется с помощью специального рекуперативного теплообменника, охлождающего воздух вытяжной вентиляции до температуры всего лишь на 4–5 градусов выше забираемого воздуха из атмосферы, подаваемого в канал приточной вентиляции. Такой рекуперативный теплообменник является энергетически зависимым, но потребление электроэнергии мало, порядка 50–70 Вт на 1 кВт рекуперируемой тепловой энергии. В целом же удается практически полностью рекуперировать тепло вытяжной вентиляции, вернув его в помещение, тем самым снизив затраты на отопление почти вдвое.
-Тепловой котел (контур отопления) – источник тепла в условиях, когда котел может производить избыток тепла, расходуемого на отопление. Однако контур отопления может создавать и отрицательный тепловой поток, отбирая тепло из теплового аккумулятора, когда есть недостаток тепла на отопление.
Оборудование с отрицательным тепловым потоком (забирающее тепло):
-Собственно, ORC-электростанция, производящая электроэнергию дешевле сетевой для ее частичного или полного замещения (электроэнергия подается потребителю через согласующее фазы устройство).
-АХМ – абсорбционная холодильная машина – источник холода для охлаждения воздуха в теплый период года (при этом и тепловой положительный поток от ИК-коллектора будет максимальным, покрывая потребности в тепле как для АХМ, так и для ORC-электростанции).
Соотношение распределения тепловых и потоков электроэнергии внутри схемы различное и определятся алгоритмом управляющего устройства в зависимости от текущих климатических факторов.
Достоинствами предложенной схемы, кроме высокой технико-экономической эффективности, является использование ранее созданных НИИЭПФ и хорошо проверенных ее элементов (единиц оборудования), обеспечивающих ресурс работы многие десятилетия в отсутствии необходимости их обслуживания.
Настоящей публикацией мы приглашаем к сотрудничеству проектные и строительные организации для совместного внедрения описываемых решений в практику.