Анализ эффективности биогазовой установки на основе математического моделирования процессов мезофильного сбраживания
(Стр. 29-36)
Клёсов Дмитрий Николаевич
Ломазов Вадим Александрович
Ломазов Александр Вадимович
Мирошниченко Ирина Владимировна
Подробнее об авторах
Клёсов Дмитрий Николаевич
кандидат технических наук; доцент, кафедра индустриального программирования, Институт перспективных технологий и индустриального программирования
МИРЭА – Российский технологический университет
г. Москва, Российская Федерация Ломазов Вадим Александрович доктор технических наук, доцент; профессор, кафедра прикладной информатики и математики, инженерный факультет; ; профессор, кафедра прикладной информатики и информационных технологий, Институт инженерных и цифровых технологий; Белгородский государственный национальный исследовательский университет; г. Белгород, Российская Федерация
Белгородский государственный аграрный университет имени В.Я Горина
п. Майский, Белгородская обл., Российская Федерация Ломазов Александр Вадимович кандидат технических наук; доцент, кафедра информационных технологий, факультет информационных технологий и анализа больших данных; Финансовый университет при Правительстве Российской Федерации; г. Москва, Российская Федерация
Белгородский государственный национальный исследовательский университет
г. Белгород, Российская Федерация Мирошниченко Ирина Владимировна кандидат биологических наук; доцент, кафедра технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции, технологический факультет; Белгородский государственный аграрный университет имени В.Я Горина; п. Майский, Белгородская обл., Российская Федерация
Финансовый университет при Правительстве Российской Федерации
г. Москва, Российская Федерация
МИРЭА – Российский технологический университет
г. Москва, Российская Федерация Ломазов Вадим Александрович доктор технических наук, доцент; профессор, кафедра прикладной информатики и математики, инженерный факультет; ; профессор, кафедра прикладной информатики и информационных технологий, Институт инженерных и цифровых технологий; Белгородский государственный национальный исследовательский университет; г. Белгород, Российская Федерация
Белгородский государственный аграрный университет имени В.Я Горина
п. Майский, Белгородская обл., Российская Федерация Ломазов Александр Вадимович кандидат технических наук; доцент, кафедра информационных технологий, факультет информационных технологий и анализа больших данных; Финансовый университет при Правительстве Российской Федерации; г. Москва, Российская Федерация
Белгородский государственный национальный исследовательский университет
г. Белгород, Российская Федерация Мирошниченко Ирина Владимировна кандидат биологических наук; доцент, кафедра технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции, технологический факультет; Белгородский государственный аграрный университет имени В.Я Горина; п. Майский, Белгородская обл., Российская Федерация
Финансовый университет при Правительстве Российской Федерации
г. Москва, Российская Федерация
Нажимая на кнопку купить вы соглашаетесь с условиями договора оферты
Аннотация:
В статье представлена математическая модель биохимических процессов, происходящих в биогазовой установке при мезофильном режиме сбраживания. Целью исследований было – повышение эффективности работы биогазовых установок за счет разработки математических моделей биохимических процессов. Модель основана на системе дифференциальных уравнений, учитывающих динамику ключевых компонентов субстрата, таких как влага, зола, безазотистые экстрактивные вещества (БЭВ), жиры, протеины и клетчатка. Определен ряд факторов, которые могут оказывать влияние на скорость реакций, в том числе температурный режим, водородный показатель реакции среды, а также содержание аммиака и летучих жирных кислот, проявляющих способность к ингибированию. В ходе расчетов были получены временные зависимости изменения концентраций основных компонентов субстрата и построены графически. Как результат была получена зависимость объемного выхода биогаза от параметров субстрата. Результаты моделирования показали высокую точность прогнозирования выхода биогаза, особенно для навоза поросят (R2 > 0,96). Модель также учитывает динамику микробной биомассы и накопление промежуточных продуктов, таких как метан и углекислый газ. Полученные результаты свидетельствуют о том, что разработанная математическая модель биохимических процессов биогазовой установки обладает высокой точностью и может быть использована для прогнозирования ключевых параметров анаэробного сбраживания в мезофильном режиме. Разработанный подход может быть интегрирован в системы управления биогазовыми комплексами для оптимизации загрузки субстрата и повышения эффективности генерации энергии. Перспективы работы включают адаптацию модели к термофильным условиям и сложным субстратам.
Образец цитирования:
ОБРАЗЕЦ ЦИТИРОВАНИЯ: Клёсов Д.Н., Ломазов В.А., Ломазов А.В., Мирошниченко И.В. Анализ эффективности биогазовой установки на основе математического моделирования процессов мезофильного сбраживания // Computational Nanotechnology. 2025. Т. 12. № 5. С. 29-36. DOI: 10.33693/2313-223X-2025-12-5-29-36. EDN: EFJPCN
Список литературы:
Guryev V.V., Kuvshinov V.V., Yakimovich B.A. Prospects for the development of renewable energy in the Crimean Peninsula // Vestnik IzhGTU imeni M.T. Kalashnikova. 2021. Vol. 24. No. 4. Pp. 109–115. DOI: 10.22213/2413-1172-2021-4-109-115.
Klyosov D. et al. Neural network analysis of the productivity of biogas plants for small agricultural enterprises // E3S Web of Conferences: VII International Conference on Actual Problems of the Energy Complex and Environmental Protection. Uzbekistan, 2024. Vol. 524. P. 01013. DOI: 10.1051/e3sconf/202452401013.
Merhawi K.Ts. Enhancement of biogas production from agricultural waste by anaerobic digestion: Didactic review // Содержательные и процессуальные аспекты современного образования: Материалы V Международной научно-практической конференции (Астрахань, 24 февраля 2023 г.). Астрахань, 2023. С. 210–214.
Minaeva E.A. Development of renewable energy sources (wind and solar) in Germany // Молодой ученый. 2024. № 2 (501). С. 98–103.
Samuratova T.K. et al. The main features of an eco-city in Kazakhstan: Development prospects // Вестник Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева. Серия: Технические науки и технологии. 2024. No. 4 (149). Pp. 23–31. DOI: 10.32523/2616-7263-2024-149-4-23-31.
Zablodskiy M. et al. Research of the influence of the combined electromagnetic field on biogas output // Problems of the Regional Energetics. 2023. No. 2 (58). Pp. 81–96. DOI: 10.52254/1857-0070.2023.2-58-08.
Апажев А.К. и др. Утилизация отходов животноводства с получением биогаза // International Agricultural Journal. 2022. Т. 65. № 5. DOI: 10.55186/25876740_2022_6_5_34.
Ахмадишин А.А., Зиганшин Б.Г., Гайфуллин И.Х. Технология переработки и утилизации органических отходов // Прикладные исследования в агроинженерии: научные труды Всерос. (национальной) науч.-практ. конф. молодых ученых (Казань, 22 ноября 2023 г.). Казань: Казанский государственный аграрный университет, 2024. С. 206–212.
Ковалев А.А. Разработка и исследование биоэнергетических установок для электро- и теплоснабжения сельскохозяйственных потребителей: дис. ... д-ра техн. наук. 2022. 236 с.
Кузубов А.А., Шашло Н.В. Модели использования отходов аграрных предприятий в обеспечении энергетической и экологической безопасности // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. 2021. Т. 14. № 3 (70). С. 168–176. DOI: 10.53914/issn2071-2243_2021_3_168.
Настенко А.А. и др. Роль возобновляемых источников энергии и вторичных возобновляемых источников энергии в энергоменеджменте стран Европейского союза // Микроэкономика. 2024. № 5. С. 65–77. DOI: 10.33917/mic-5.118.2024.65-77.
Паршикова М.В. Исследования анаэробного сбраживания отходов животноводства с применением активатора в биореакторе для интенсификации процесса // Вестник НГИЭИ. 2023. № 7 (146). С. 19–31. DOI: 10.24412/2227-9407-2023-7-19-31.
Пуромов Н.С., Недожогина М.В. Использование альтернативных источников энергии для электроснабжения агрофермы на удаленных территориях // Современные проблемы энергоэффективности агроинженерных исследований в условиях цифровой трансформации: матер. Междунар. науч.-практ. конф. (Балашиха, 30 мая 2024 г.). Балашиха: Российский гос. ун-т народного хозяйства им. В.И. Вернадского. 2024. С. 158–164.
Соловьев Д.С. и др. Математическое моделирование и оптимальное управление теплообменом в реакторе получения биогаза // Инновационные технологии и решения в промышленности: cб. матер. Всерос. науч.-практ. конф. с международным участием (Ишимбай, 16–18 апреля 2024 г.). Ишимбай, 2024. С. 218–220.
Турсунбаева Г. и др. Производство биогаза из биомассы животноводства // Вестник Казахской академии транспорта и коммуникаций им. М. Тынышпаева. 2022. № 3 (122). С. 171–181. DOI: 10.52167/1609-1817-2022-122-3-171-181.
Тюрина Э.А., Степанова Е.Л. Перспективные технологии производства тепловой и электрической энергии. Инновации в теплоэнергетике и теплотехнике. Иркутск: Иркутский национальный исследовательский технический университет, 2023. 143 с.
Федорова О.А., Федосеев С.В., Стовба Е.В. Тенденции в «зеленой энергетике»: использование сельскохозяйственного сырья при промышленной переработке традиционных углеводородов // Экономика сельскохозяйственных и перерабатывающих предприятий. 2023. № 7. С. 38–43. DOI: 10.31442/0235-2494-2023-0-7-38-43.
Klyosov D. et al. Neural network analysis of the productivity of biogas plants for small agricultural enterprises // E3S Web of Conferences: VII International Conference on Actual Problems of the Energy Complex and Environmental Protection. Uzbekistan, 2024. Vol. 524. P. 01013. DOI: 10.1051/e3sconf/202452401013.
Merhawi K.Ts. Enhancement of biogas production from agricultural waste by anaerobic digestion: Didactic review // Содержательные и процессуальные аспекты современного образования: Материалы V Международной научно-практической конференции (Астрахань, 24 февраля 2023 г.). Астрахань, 2023. С. 210–214.
Minaeva E.A. Development of renewable energy sources (wind and solar) in Germany // Молодой ученый. 2024. № 2 (501). С. 98–103.
Samuratova T.K. et al. The main features of an eco-city in Kazakhstan: Development prospects // Вестник Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева. Серия: Технические науки и технологии. 2024. No. 4 (149). Pp. 23–31. DOI: 10.32523/2616-7263-2024-149-4-23-31.
Zablodskiy M. et al. Research of the influence of the combined electromagnetic field on biogas output // Problems of the Regional Energetics. 2023. No. 2 (58). Pp. 81–96. DOI: 10.52254/1857-0070.2023.2-58-08.
Апажев А.К. и др. Утилизация отходов животноводства с получением биогаза // International Agricultural Journal. 2022. Т. 65. № 5. DOI: 10.55186/25876740_2022_6_5_34.
Ахмадишин А.А., Зиганшин Б.Г., Гайфуллин И.Х. Технология переработки и утилизации органических отходов // Прикладные исследования в агроинженерии: научные труды Всерос. (национальной) науч.-практ. конф. молодых ученых (Казань, 22 ноября 2023 г.). Казань: Казанский государственный аграрный университет, 2024. С. 206–212.
Ковалев А.А. Разработка и исследование биоэнергетических установок для электро- и теплоснабжения сельскохозяйственных потребителей: дис. ... д-ра техн. наук. 2022. 236 с.
Кузубов А.А., Шашло Н.В. Модели использования отходов аграрных предприятий в обеспечении энергетической и экологической безопасности // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. 2021. Т. 14. № 3 (70). С. 168–176. DOI: 10.53914/issn2071-2243_2021_3_168.
Настенко А.А. и др. Роль возобновляемых источников энергии и вторичных возобновляемых источников энергии в энергоменеджменте стран Европейского союза // Микроэкономика. 2024. № 5. С. 65–77. DOI: 10.33917/mic-5.118.2024.65-77.
Паршикова М.В. Исследования анаэробного сбраживания отходов животноводства с применением активатора в биореакторе для интенсификации процесса // Вестник НГИЭИ. 2023. № 7 (146). С. 19–31. DOI: 10.24412/2227-9407-2023-7-19-31.
Пуромов Н.С., Недожогина М.В. Использование альтернативных источников энергии для электроснабжения агрофермы на удаленных территориях // Современные проблемы энергоэффективности агроинженерных исследований в условиях цифровой трансформации: матер. Междунар. науч.-практ. конф. (Балашиха, 30 мая 2024 г.). Балашиха: Российский гос. ун-т народного хозяйства им. В.И. Вернадского. 2024. С. 158–164.
Соловьев Д.С. и др. Математическое моделирование и оптимальное управление теплообменом в реакторе получения биогаза // Инновационные технологии и решения в промышленности: cб. матер. Всерос. науч.-практ. конф. с международным участием (Ишимбай, 16–18 апреля 2024 г.). Ишимбай, 2024. С. 218–220.
Турсунбаева Г. и др. Производство биогаза из биомассы животноводства // Вестник Казахской академии транспорта и коммуникаций им. М. Тынышпаева. 2022. № 3 (122). С. 171–181. DOI: 10.52167/1609-1817-2022-122-3-171-181.
Тюрина Э.А., Степанова Е.Л. Перспективные технологии производства тепловой и электрической энергии. Инновации в теплоэнергетике и теплотехнике. Иркутск: Иркутский национальный исследовательский технический университет, 2023. 143 с.
Федорова О.А., Федосеев С.В., Стовба Е.В. Тенденции в «зеленой энергетике»: использование сельскохозяйственного сырья при промышленной переработке традиционных углеводородов // Экономика сельскохозяйственных и перерабатывающих предприятий. 2023. № 7. С. 38–43. DOI: 10.31442/0235-2494-2023-0-7-38-43.
Ключевые слова:
математическое моделирование, биогаз, анализ эффективности, биогазовая установка, мезофильный режим сбраживания, химический состав субстрата.
