Агрокомплекс по производству микроводорослей с использованием геотермальных источников
AGRICULTURAL COMPLEX FOR PRODUCING MICROALGAE USING GEOTHERMAL SOURCES

Изобретение относится к агропромышленному комплексу, в частности к проектированию комплексов, предназначенных для выращивания микроводорослей с использованием геотермальных источников.
В последнее время в различных отраслях сельского хозяйства актуальным направлением становится использование ресурсосберегающих технологий. Одним из таких направлений служит использование в качестве витаминно-кормовой добавки и профилактического средства против болезней биомассы микроводорослей. Для усиления энергоэффективности в агрокомплексе используются геотермальные источники [1].
Биомасса водорослей, получаемая при культивировании под открытым небом, используется для изучения их кормовых достоинств как источника белка и физиологически активных соединений.
Наибольшую эффективность в приросте микроводорослей можно достичь с применением альтернативных источников энергии, таких как геотермальные. Они обладают следующими достоинствами:
- Бесконечность ресурсов
- Независимость от погоды, климата и времени
- Многогранность применения
- Экологически безопасна
- Низкая себестоимость
- Обеспечивает энергонезависимость государству
- Компактность оборудования станций
Первый фактор самый основной, побуждает изучать такую отрасль, поскольку альтернатива нефти достаточно актуальна. Отрицательные изменения на нефтяном рынке усугубляют глобальный экономический кризис. При работе установок не загрязняется внешняя среда, в отличие от других. Да и сам по себе цикл не требует зависимости от ресурсов и его транспортировки. Комплекс сам себя обеспечивает и не зависит от других.
Выбросы вредных газов очень незначительны и не сопоставимы с другими производствами. Оборудование позволяет эффективно удалять его. Отходы сбрасываются в землю, где оборудованы колодцы специальными цементными каркасами. Такая методика позволяет исключить возможность загрязнения грунтовых вод.
Положительные результаты использования геотермальной энергии свидетельствуют о необходимости проведения дальнейшей исследовательской работы и последующего внедрения в производство [2].
Таким образом, использование геотермальных источников при производстве микроводорослей во многих производственных ветвях деятельности общества даст положительные результаты, такие как повышение продуктивности, улучшение качества получаемой продукции, увеличение прибыли, что в дальнейшем может привести многие отрасли к переходу на более новый и высокий уровень развития, при этом снижая негативное воздействие на окружающую среду. [3]
Важные условия для продуктивного биотехнологического производства микроводорослей - это солнечный свет, тепло, вода, питательная среда, насыщенная микроэлементами, и углекислый газ. Поддержание данных параметров обеспечивается благодаря современным системам автоматического управления мощностью системы обогрева на основе геотермальных источников, исполнительными механизмами режима питания минеральными веществами, досвечивания искусственными источниками освещения, концентрации углекислого газа и другим инженерным оборудованием [4]. Таким образом, автоматизация и механизация технологических процессов позволит увеличить объемы данного производства и сделать его круглосуточным и круглогодичным.
Известны геотермальные энергетические установки, состоящие из паровой турбины, работающей на геотермальном паре, конденсатора с системой охлаждения воды и элементов тепловой системы, где эта вода используется для отвода тепла от оборудования (маслоохладитель, охладитель генератора и т.п.) [5].
Недостаток этой установки - рост температуры охлаждающей воды за пределы допустимого по условиям работы генератора или маслоохладителя при высокой температуре воздуха и, как следствие, необходимость снижения мощности или вывода из действия геотермальной энергетической установки.
Известны геотермальные энергетические комплексы, состоящие из паровой турбины, работающей на геотермальном паре, конденсатора с конденсатосборником, насосом и регулятором уровня конденсата и системой охлаждения воды с регулятором подпитки для обеспечения функционирования элементов тепловой схемы (маслоохладителя, охладителя генератора и т.п.), кроме этого, в холодных климатических зонах эти комплексы имеют в своем составе систему отопления со своим регулятором подпитки [6].
Недостатки этих комплексов - пониженная надежность из-за большого числа автоматических регуляторов, выход из строя которых приводит либо к остановке энергоблока, либо к потере отопления. Кроме того, система оборотного охлаждения воды, рассчитанная на высокую наружную температуру воздуха в летний период, при низкой температуре воздуха зимой выдает такую низкую температуру охлаждающей воды, что это недопустимо по условиям работы генератора и маслоохладителя.
Цель изобретения - создание агрокомплекса, техническое оснащение которого способно обеспечить условия для автономного и безотходного сельскохозяйственного производства микроводорослей на основе геотермальной энергии.
Задачи изобретения: обеспечить безотходность и автономность производства микроводорослей, удешевить себестоимость энергии и микроводорослей за счет предложенной технологии, создать благоприятные условия для улучшения экологической обстановки, увеличить рентабельность сельскохозяйственного производства Российской Федерации, снизить потребление топливно-энергетических ресурсов за счет использования альтернативных источников энергии и впоследствии получать животноводческую продукцию высокого качества.
Агрокомплекс по производству микроводорослей с использованием геотермальных источников представляет собой совокупность установок открытого типа по выращиванию хлореллы при помощи автоматизированной и механизированной безотходной технологии с замкнутым циклом производства (обогрев хлореллы в качестве корма для животноводства за счет энергии, получаемой из отходов животноводческой деятельности, и при функционировании эффективных геотермальных источников) является полностью автономным и безотходным, отличающийся от ближайшего прототипа тем, что число автоматических регуляторов в нем сведено к минимуму, что снизит нагрузку на энергоблок, уменьшит потребляемую мощность, что позволит ему функционировать при низких температурах (фиг. 1).
Принципиальная схема такого культивирования состоит в выращивании водорослей в жидких питательных средах в бассейнах, подогреваемых геотермальными источниками.
Сооружение агрокомплекса состоит из двух блоков: административный блок 1 и промышленный блок 2, включающий себя лаборатории 8, в которых проводятся исследования микроводорослей, и накопительный бак 9 для аварийной подачи воды в открытые реакторы, теплицу 7 (фиг. 1).
От каждой лаборатории 8 вниз по склону располагаются в разных уровнях реакторы открытого типа 4 для выращивания микроводорослей, под ними расположены геотермальные энергетические установки 3, биомасса свободно по трубам перетекает из одной чаши в другую под воздействием силы тяжести (фиг. 1).
Под реакторами открытого типа 4 располагаются довольно простые по конструкции геотермальные установки (резервуары) прямого типа 3, использующие для выработки электроэнергии сухой пар 10 (фиг. 2).
Сухой пар 10 поднимается через фильтры 14 для вращения турбины 15 в них поступает напрямую из геотермальной скважины 12, пройдя через конденсатор 17 и градирню 18, предназначенную для охлаждения оборотной воды, используемой для отведения тепла от технологического оборудования в системах оборотного водоснабжения, таким образом подогреваются открытые реакторы с микроводорослями 4, конденсат 16 возвращается п резервуар 3 посредством нагнетательной скважины 11 (фиг. 2).
Из открытых 4 реакторов одна часть выращенной биомассы поступает на корм крупному рогатому скоту в коровник 5, а другая (в качестве запаса) - в силосные башни 5 (фиг. 1), затем в результате ферментативной и микробиологической переработки организмом скота образуется органическое удобрение, часть которого возвращается в реакторы 4 для создания питательной среды (фиг. 1).
Таким образом, использование предлагаемого агрокомплекса по производству микроводорослей совместно с применением высокотехнологичных способов выработки энергии из альтернативных источников и современных материалов и конструкций выведет современное сельское хозяйство на новый уровень за счет экологичности и энергоэффективности.
Экономическая эффективность геотермальной энергии от использования разработки на предприятии - 1,11 рублей за кВт*ч; экономическая эффективность от производства микроводорослей при использовании геотермальной энергии - от 50 коп./л до 1 руб./л.
Источники информации
1. Алхасов А.Б. Геотермальная энергетика: проблемы, ресурсы, технологии. - М.: Физматлит, 2008. - 376 с.
2. Дворов И.М. Геотермальная энергетика. - М: Наука, 1976. - 192 с.
3. Череменский Г.А. Прикладная геотермия. - Л.: Недра, 1977. - 244 с.
4. Музафаров A.M. Культивирование и применение микроводорослей / A.M. Музафаров, Т.Т. Таубаев. - Ташкент: Фан УзССР, 1984. - 136 с.
5. Р.Д. Пинпо "Выработка электроэнергии на основе преобразования геотермальной энергии". М., ЭНИН, ГПИ, ОМС, 1988.
6. Progekto Geotermiko son-jacintoti zate, Dal Spa, Milan, Marzo de, 1993.