Використання електростанції на основі біогазу та їх актуальність для енергетики України

Автор: Паламарчук Єлизавета Дмитрівна
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка
Інститут: Інститут енергетики та систем керування
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2025-2026 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Магістерська кваліфікаційна робота присвячена всебічному та системному дослідженню біогазових теплоелектростанцій (БіоТЕС) як одного з найбільш перспективних напрямів розвитку відновлюваної енергетики України в умовах структурної трансформації енергетичного сектору, зростання потреби в енергетичній безпеці та скорочення залежності від імпортних викопних енергоресурсів. Особлива актуальність теми зумовлена поєднанням значного аграрного потенціалу держави, наявністю великих обсягів органічних відходів та необхідністю розвитку децентралізованої генерації в умовах воєнних загроз і післявоєнного відновлення енергетичної інфраструктури. Об’єктом дослідження є біогазові теплоелектростанції на основі біогазу та процеси їх функціонування в електроенергетичних системах. Предметом дослідження є технологічні, електротехнічні та режимні аспекти роботи БіоТЕС, а також їх вплив на режими електричних мереж середньої та високої напруги. Метою магістерської роботи є обґрунтування доцільності використання БіоТЕС в енергетиці України, аналіз принципів їх роботи, оцінка технічної ефективності та визначення можливостей інтеграції таких станцій в існуючі електричні мережі. У роботі проаналізовано сучасний стан і тенденції розвитку біоенергетики у світі та в Україні, визначено місце біогазових технологій у загальній структурі відновлюваних джерел енергії та обґрунтовано їхню роль у забезпеченні сталого розвитку і підвищенні енергетичної стійкості держави. Окрему увагу приділено історичному розвитку біогазових установок, формуванню сучасних технологічних рішень та аналізу світового й вітчизняного досвіду впровадження БіоТЕС у аграрному та комунальному секторах. У теоретичній частині роботи розглянуто фізико-хімічні основи анаеробного зброджування органічної сировини, технологічні схеми виробництва біогазу, принципи роботи біогазових теплоелектростанцій і когенераційних установок. Показано, що БіоТЕС забезпечують одночасне виробництво електричної та теплової енергії з високим коефіцієнтом корисної дії, а також дозволяють утилізувати органічні відходи з отриманням побічного продукту – дигестату, який може використовуватись як ефективне органічне добриво. Наголошено, що біогазові станції, на відміну від сонячних та вітрових електростанцій, здатні працювати в безперервному режимі та формувати базове навантаження в енергосистемі. Практична частина роботи присвячена розгляду біогазової електростанції на міських очисних спорудах. Детально описано технологічний процес переробки осаду стічних вод, основні споруди та обладнання біогазового комплексу, параметри метантенків, систем очищення та зберігання біогазу, а також роботу когенераційних установок. Виконано вибір основного електротехнічного обладнання, зокрема трансформаторів, проводів повітряних ліній та головної схеми електричних з’єднань. Для оцінки впливу БіоТЕС на роботу електричної мережі виконано комп’ютерне моделювання усталеного максимального режиму із застосуванням програмного комплексу DAKAR. У ході розрахунків визначено потоки активної та реактивної потужності, рівні напруг у вузлах мережі, струмові навантаження та втрати потужності. Отримані результати свідчать про працездатність і стійкість мережі при роботі біогазової електростанції та відповідність режимних параметрів вимогам нормативних документів. Результати дослідження підтверджують, що впровадження біогазових теплоелектростанцій є технічно обґрунтованим та економічно доцільним рішенням для України. БіоТЕС сприяють зменшенню екологічного навантаження, утилізації органічних відходів, підвищенню енергетичної незалежності регіонів та розвитку децентралізованої генерації. Практичне значення роботи полягає у можливості використання отриманих результатів при проєктуванні біогазових електростанцій, плануванні їх приєднання до електричних мереж та обґрунтуванні інвестиційних рішень у сфері біоенергетики. Матеріали роботи можуть бути корисними для проєктних організацій, органів місцевого самоврядування, аграрних підприємств та фахівців електроенергетичної галузі.