CERCETĂRI APROFUNDATE PRIVIND REALIZAREA UNEI TEHNOLOGII DE VALORIFICARE SUPERIOARĂ A CULTURII ENERGETICE DE MISCANTHUS

 

 

Contract nr. 15N/27.02.2009

PN 09-15.02.02

 

Denumirea programului NUCLEU/acronim:

Dezvoltarea cercetărilor privind sistemele, tehnologiile de mecanizare, informatizare, automatizare, management şi echipamente tehnice competitive pentru agricultură şi industrie alimentară/STIMM

 

Denumirea obiectivului: obiectivului: PN 09-15.02 - Dezvoltarea de concepte, tehnologii şi sisteme energetice alternative, inclusiv promovarea culturilor de plante energetice şi a altor resurse regenerabile

 

Obiectivul proiectului:

Obiectivul general al proiectului îl constituie cercetarea şi fundamentarea tehnico ştiinţifică a unei tehnologii noi de valorificare superioară a culturii energetice de Miscanthus în vederea asigurării unei surse energetice alternative şi realizarea unui ME de instalaţie de încălzire prin valorificarea plantei Miscanthus.

 

Fazele de execuţie ale proiectului:

Faza nr. 1: Studiu tehnologic

Faza nr. 2: Documentaţie de execuţie ME de instalaţie de încălzire prin valorificarea plantei Miscanthus

Faza nr. 3: Model experimental de instalaţie

Faza nr. 4: Experimentare tehnologie şi ME

Faza nr. 5: Definitivare tehnologie, documentaţie de execuţie şi constructivă ME. Diseminarea pe scară largă a rezultatelor

 

Rezultatele planificate ale proiectului:

Rezultatele planificate ale proiectului sunt realizate integral, astfel rezultatele tehnice sunt concretizate prin:

- Elaborarea studiului tehnologic;

- Elaborarea documentaţiei de execuţie ME de instalaţie de încălzire prin valorificarea plantei Miscanthus;

- Execuţia modelului experimental de instalaţiei de încălzire prin valorificarea plantei Miscanthus.

- Experimentarea tehnologiei şi a ME;

- Definitivarea tehnologiei de valorificare superioară a culturii energetice de Miscanthus şi a documentaţiei de execuţie şi constructivă a ME de instalaţie de încălzire prin valorificarea plantei Miscanthus;

- Diseminarea pe scară largă a rezultatelor obţinute.

 

Rezumatul proiectului

Folosirea biomasei în procesele energetice a început fie aplicată în ţările vest-europene în perioada anilor ’80, când a apărut ca necesară dezvoltarea unei alternative la arderea cărbunelui în centralele de producere a agentului termic pentru încălzire. Prin creşterea preţului pentru cărbune în 1986 şi totodată înăsprirea condiţiilor privind emisiile de noxe şi creşterea taxelor aferente, utilizarea cărbunelui în centralele de producere exclusivă a energiei termice a devenit ne-economică. Prin urmare, mai multe centrale au fost adaptate pentru arderea peleţilor (combustibil rezultat prin aglomerarea şi dezumidificarea deşeurilor de lemn), ajungându-se ca, la nivelul anului 1992 fie utilizate în astfel de centrale circa 150.000 de tone numai în Danemarca, una dintre cele mai avansate ţări europene în utilizarea acestui tip de combustibil.

Datorită extinderii utilizării biomasei sub diferite forme pentru producerea de energie termică se poate spune , în prezent, în ţările dezvoltate din Europa de Vest există o piaţă pentru combustibilul de tip biomasă în care preţul este determinat pe baza cererii şi ofertei. Evident, această piaţă este completată de pieţele locale, unde preţul poate fi reglementat, de exemplu, în funcţie de cantitatea de biomasă achiziţionată.

Cei mai importanţi factori ai comerţului cu biomasă sunt:

- Standardele pentru acest tip de combustibil;

- Credibilitatea şi bonitatea furnizorilor, importatorilor şi distribuitorilor din acest domeniu, precum şi a cumpărătorilor/consumatorilor;

- Existenţa unei pieţe flexibile şi a unor schimburi corecte.

Experienţa ţărilor vest-europene demonstrează utilizarea tehnologiilor bazate pe utilizarea biomasei ca sursă de energie primară poate deveni profitabilă atât pentru producătorul/ furnizorul de astfel de tehnologii, cât şi pentru consumator.

Planta Miscanthus giganteus a fost introdusă în România în anul 2007 la INMA Bucureşti pe un câmp experimental de 0,5 ha. Planta, ca resursă regenerabilă produce o cantitate de 15…20 t/ha substanţă uscată, are o creştere perenă de 10...15 ani, utilizează eficient azotul, apa şi alte resurse, este rezistentă la boli, iar pentru întreţinere necesită puţine cerinţe pentru fertilizanţi.

Noutatea activităţilor de cercetare constă în faptul planta Miscanthus, ca biomasă, este neexploatată în prezent, fiind o resursă regenerabilă importantă pe care România ar putea-o utiliza ca şi combustibil pentru încălzire.

Tehnologia de valorificare superioară a culturii energetice de Miscanthus, realizată în cadrul proiectului, înlocuieşte resursele costisitoare de energie convenţională, cum sunt combustibilii fosili şi electricitatea, cu o sursă energetică alternativă (biomasă) într-o fermă agricolă.

Modelul experimental de instalaţia de încălzire prin valorificarea plantei energetice de Miscanthus, utilizată în cadrul tehnologiei, realizează producerea energiei termice din biomasă (în special din mixtură formată din tulpini tocate de Miscathus şi alte componente cum ar fi deşeurile lemnoase, sâmburi, peleţi, tulpini tocate de porumb, floarea-soarelui etc.), cu ajutorul unui grup termic integrat cu panouri solare, pentru încălzirea locuinţelor, grajdurilor, serelor sau uscarea plantelor medicinale şi fructelor într-o fermă agricolă. Instalaţia este prevăzută cu un sistem automat independent energetic, realizat în concepţie proprie, care asigură menţinerea cu mare acurateţe, a parametrilor de microclimat (temperatura şi umiditate) programaţi în interiorul locuinţei fermierului şi grajdului pentru animale dintr-o fermă agricolă.

 

STADIUL DE REALIZARE

Rezultatele proiectului sunt concretizate în:

- Studiu tehnologic (1 buc)

- DE model experimental - Plan tehnic (1 buc.)

- Model experimental de instalaţie (1 buc.)

- Raport experimentare tehnologie şi ME (1 buc.)

- Metodică de experimentare (1 buc.)

- Tehnologie (1 buc.)

- DE execuţie şi constructivă ME (1 buc.)

- Poster (1 buc.)

- Pliant (1 buc.)

- Fişă tehnică (2 buc.)

- CD-ROM (1 buc.)

- Film (1 buc)

- Pagină Web (1 buc.)

- Participări la manifestări ştiinţifice (4 buc.)

 

Tehnologia de valorificare superioară a culturii energetice de Miscanthus (fig. 1) înlocuieşte resursele costisitoare de energie convenţională, cum sunt combustibilii fosili şi electricitatea, cu resurse locale de biomasă dintr-o fermă agricolă.

Planta energetică Miscanthus, ca resursă regenerabilă produce o cantitate de 15…20 t/ha substanţă uscată, are o creştere perenă de 10...15 ani, utilizează eficient azotul, apa şi alte resurse, este rezistentă la boli, iar pentru întreţinere necesită puţine cerinţe pentru fertilizanţi.

 

Fig. 1. Tehnologie de valorificare superioară a culturii energetice de Miscanthus

 

Arderea Miscanthus-ului se efectuează într-o instalaţie realizată special pentru combustibili uscaţi cu punct slab de fuziune a cenuşilor. În vederea asigurării permanente a unei combustii optime în instalaţie, grupul termic este gestionat de un regulator electronic care controlează parametri de funcţionare, temperatura apei din cazan şi funcţionarea elementelor de execuţie (motoare alimentare şi ventilator).

Sistemul de management al instalaţiei de ardere integrează un panou solar, de tipul colector solar cu tuburi vidate, care optimizează producerea de energie termică. Instalaţia solară furnizează energia termică necesară pentru un uscător de fructe sau plante medicinale, aflat în dotarea fermei agricole, numai în timpul lunilor de vară. Instalaţia de ardere poate fi oprită de-a lungul acestei perioade. În timpul lunilor de iarnă, sistemul solar termic preîncălzeşte apa din acumulatorul de apă caldă.

Pentru menţinerea confortului termic, atât în locuinţa fermierului cât şi în grajdul pentru animale, tehnologia prevede un sistem automat independent energetic de menţinere a unui microclimat controlat.

 

PRINCIPALELE CARACTERISTICI TEHNOLOGICE

- Tipul de combustibilul folosit:                  tulpini tocate de Miscathus de 20…30 mm cu umiditate până la 25% pentru regimul automatizat

- Puterea, kW                                                75

- Temperatura maximă a apei calde, °C   95

- Presiunea agentului termic, bari            1 ...1,5

- Randamentul, %                                        85…90

 

Instalaţia de încălzire prin valorificarea plantei energetice de Miscanthus (fig. 2) este destinată pentru producerea energiei termice din biomasă, în special din mixtură formată din tulpini tocate de Miscathus şi alte componente cum ar fi deşeurile lemnoase, sâmburi, peleţi, tulpini tocate de porumb, floarea-soarelui etc. în scopul încălzirii locuinţelor, grajdurilor, serelor sau uscării plantelor medicinale şi fructelor dintr-o fermă agricolă.

 

Fig. 2. Instalaţie de încălzire prin valorificarea plantei energetice de Miscanthus

 

Principalele părţi componente ale instalaţiei de încălzire prin valorificarea plantei energetice de Miscanthus sunt:

1. Grupul termic gestionat electronic (cu aprindere automată) pentru încălzire şi apă caldă

2. Sistemul de transfer al biomasei din buncărul de stocare în camera de ardere

3. Sistemul de ridicare şi stocare a cenuşilor

4. Buncărul de stocare a biomasei

5. Acumulatorul apă caldă de 1500 l

6. Modulul containerizat

7. Panoul solar

8. Sistemul automat, independent energetic, de menţinere a unui microclimat controlat

9. Coşul de fum complet echipat

10. Vasul de expansiune

Instalaţia este containerizată într-un modul care are o structură de rezistenţă metalică din profile metalice, pereţi şi acoperiş din material termoizolant cu spumă poliuretanică. Arderea Miscanthus-ului se efectuează într-un grup termic proiectat special pentru combustibili uscaţi.

 

 

 

 

PRINCIPALELE CARACTERISTICI TEHNICE

- Puterea, kW                                                                                                75

- Temperatura maximă a apei calde, °C                                                   95

- Capacitatea acumulatorului de apă caldă                                            1500

- Suprafaţa de colectare a panoului solar, m2                                        2,55

- Tipul senzorilor de umiditate                                                                   capacitiv FE09/4

- Tipul senzorilor de temperatura                                                              Pt100

- Puterea nominală a panoului fotovoltaic, W                                        235

 

DISEMINAREA REZULTATELOR

În vederea diseminării pe scară largă a rezultatelor pe parcursul desfăşurării proiectului au fost elaborate materiale de informare (CD-ROM care conţine fişa produsului, posterul şi un film cu aspecte din timpul activităţilor de cercetare pentru realizarea tehnologiei de valorificare superioară a culturii energetice de Miscanthus) pentru participarea la următoarele manifestări ştiinţifice:

- Participarea la manifestarea “POLIFEST 2012 organizată de Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti in perioada 17 - 19 octombrie 2012. În cadrul acestei manifestări, INMA Bucureşti a prezentat în data de 19.10.2012 orele 10...14, conform programului, în sala D101 a Facultăţii ISB, lucrări cu cercetările efectuate în cadrul programelor naţionale de cercetare printre care şi lucrarea “Cercetări aprofundate privind realizarea unei tehnologii de valorificare superioară a culturii energetice de Miscanthus”.

- Comunicarea în data de 19.10.2012 orele 14...17, la manifestarea „Forumul INOVĂRII” organizată de ANCŞ în cadrul TIB 2012 - Pavilion C3 din cadrul ROMEXPO, a lucrării “Tehnologii şi echipamente tehnice adaptate agriculturii ecologice în conformitate cu cerinţele de securitate şi siguranţa europeana”, autori: Prof. dr. ing. Ion Pirnă, dr. ing. Cristian Sorică, dr. ing. Dragoş Manea.

Un aspect din timpul comunicării lucrării la manifestarea „Forumul INOVĂRII” este prezentat în figura 3.

 

Fig.3. Aspect din timpul comunicării lucrării la manifestarea „Forumul INOVĂRII”

 

- Participarea la Sesiunea de comunicări ştiinţifice, intitulată “Cercetarea pomicola, o şansă pentru agricultura româneasca” organizată de Institutul de Cercetare - Dezvoltare pentru Pomicultura Piteşti – Mărăcineni, în data de 23 octombrie 2012, cu posterul “Tehnologie de valorificare superioară a culturilor energetice de Miscanthus”, prezentare computerizată şi film. Informaţiile au fost la obiect şi prezentate în detaliu de către specialiştii INMA prezenţi la manifestare expoziţională: dr. ing. Emil Voicu, dr. ing. Cristian Sorică şi dr. ing. Anişoara Păun. Aspecte din timpul prezentării posterului sunt prezentate în figura 2.

 

 

Fig. 2. Aspecte din timpul prezentării posterului la ICDP Piteşti-Mărăcineni

 

- Participarea la a XX-a EDIŢIE a CONFERINŢEI INTERNAŢIONALE ŞI EXPOZIŢIEI DEHIDRAULICĂ ŞI PNEUMATICĂ “HERVEX 2012”-EDITIE JUBILIARA, cu posterul “Instalaţie de încălzire prin valorificarea plantei energetice Miscanthus IIVM”, prezentare computerizată şi film. Informaţiile au fost la obiect şi prezentate în detaliu de către domnul dr. ing. Emil Voicu. În figura 3 sunt prezentate câteva aspecte de la standul INMA Bucureşti, unde a fost expus posterul.

 

 

Fig. 3. Aspecte de la standul INMA Bucureşti la manifestarea HERVEX 2012

 

Pentru notificarea unei cereri de brevet de invenţie s-au desfăşurat următoarele activităţi:

- a fost completat formularul tip “Cerere de brevet de invenţie” (c.b.i.) în conformitate cu ghidul elaborat de OSIM şi respectând art.14 din Legea nr.64/1991 privind invenţiile, republicată la 08.08.2007, precum şi art.13 din Regulamentul de aplicare a acesteia;

- au fost elaborate următoarele materiale: descrierea invenţiei (conform reg.16 şi art.17 din regulament), revendicările (art.18), desenele explicative (art.19) şi rezumatul invenţiei (art.21);

- a fost înregistrată la O.S.I.M. cererea de brevet de invenţie nr. A00970/07.12.2012 cu denumirea „Sistem automat independent energetic de menţinere a unui microclimat controlat”.

Pentru proiectul „PN 09-15.02.02 - Cercetări aprofundate privind realizarea unei tehnologii de valorificare superioară a culturii energetice de Miscanthus” a fost creată o pagină web pe site-ul www.inma.ro, în care sunt prezentate date de recunoaştere, obiective, rezultate obţinute, prezentarea tehnologiei de valorificare superioară a culturii energetice de Miscanthus şi modul de diseminare a rezultatelor obţinute în urma desfăşurării proiectului.