Заблодський, М. М.Сподоба, М. О.Сподоба, О. О.Zablodskiy, N. N.Spodoba, M. O.Spodoba. A. O.2025-12-262025-12-262022https://eir.zp.edu.ua/handle/123456789/25722Заблодський М. М. Експериментальне дослідження витрати енергії на процес початкового нагріву субстрату за використання електротепломеханічної системи / М. М. Заблодський, М. О. Сподоба, О. О. Сподоба // Електротехніка та електроенергетика. – 2022. – № 1. – C. 49-59.UK: Мета роботи. Експериментальне визначення витрат енергії на процес початкового нагріву субстрату до температури анаеробного зброджування у біогазовому реакторі за використання електротепломеханічної системи з автоматичним керуванням для оцінки енергетичної ефективності процесу підігріву субстрату та рентабельності подальшої переробки утвореного біогазу у теплову та електричну енергії. Методи дослідження. Експериментальні дослідження динаміки зміни температури електричного нагрівального кабелю, розміщеного у електротепломеханічній системі, визначення тривалості процесу і витраченої енергії початкового підігріву субстрату, обробка та порівняльний аналіз отриманих масивів даних, узагальнення отриманих результатів. Отримані результати. У формуванні сучасної енергетичної системи важливу роль відіграють біогазові технології, рентабельність яких безпосередньо залежить від енергоефективності процесів інтенсифікації анаеробного зброджування. Процес анаеробного зброджування відходів є довготривалим, тому одним з основних методів інтенсифікації біогазового виробництва є перемішування відходів у процесі анаеробного бродіння. Існує необхідність підвищення енергоефективності процесів інтенсифікації анаеробного зброджування та рентабельності подальшої переробки біогазу у теплову та електричну енергії. Способи підвищення енергоефективності здебільшого полягають у скорочені часу підігріву субстрату у біогазовому реакторі, зменшенні витрати електричної енергії на процес термостабілізації анаеробного зброджування, структурному поєднані енергетично ефективних систем перемішування та підігріву сировини у реакторах, впровадженні систем автоматичного керування процесами інтенсифікації біогазового виробництва. Реалізація цих дій дозволить встановити оптимальні геометричні розміри електротепломеханічної системи з автоматичним керуванням для перемішування та підігріву субстрату у біогазовому реакторі та суттєво підвищити енергетичну ефективність біогазових установок і подальшу переробку утвореного біогазу у теплову та електричну енергії. Наукова новизна. У результаті проведеного експериментального дослідження та аналізу отриманих даних встановлено, що за однакової потужності нагрівальних секцій зміна температури електричного нагрівального кабелю у кожній лопаті відбувається не однаково. Авторами встановлено, що середні значення температури секцій електричного нагрівального кабелю нижніх лопатей більше на 12.9% у порівнянні з верхніми лопатями електротепломеханічної системи. Авторами у ході експериментальних досліджень встановлено, що за використання системи підігріву, виконаної із електричного нагрівального кабелю, що вмонтований у лопаті двоярусної лопатевої мішалки, витрачаєтьсяW2=4.99·106 Джна процес початкового підігріву субстрату з 9.3°С до 35.8°С у біогазовому реакторі об’ємом 40 літрів. Тривалість самого підігріву складає 300 хв. У ході експериментальних досліджень авторами було встановлено енергетичну ефективність від розділення електротепломеханічної системи на секції підігріву, коли кожна лопать є окремою секцією з власним автоматичним регулюванням температури електричного нагрівального кабелю вмонтованого у відповідну секцію, при цьому споживання електричної енергії зменшується на 27.9%. Практична цінність. Отримані результати можуть бути використані при проектуванні, будівництві та модернізації систем інтенсифікації біогазового виробництва, а саме, перемішування та підігріву субстрату у біогазових установках. Це дозволить підвищити енергетичну ефективність процесу утворення біогазу та рентабельність його переробки у теплову та електричну енергії. EN: Purpose. Experimental determination of energy consumption for the process of the substrate initial heating to the temperature of anaerobic digestion in a biogas reactor using an electrothermal-mechanical system with automatic control to assess the energy efficiency of the substrate heating process and the profitability of further processing of the resulting biogas into thermal and electrical energy. Methodology.Experimental studies of the dynamics of temperature changes in the heating cable placed in electrothermal-mechanical system, determining the duration of the process and the energy consumed by the substrate initial heating, processing and analysis of the obtained data arrays, the obtained results summarizing. Findings.Biogas technologies play an important role in the formation of a modern energy system, the profitability of which directly depends on the energy efficiency of anaerobic digestion intensification. The process of waste digestion is long, so one of the main methods of the biogas production intensification is the mixing of waste in the process of anaerobic fermentation. There is a need to improve the energy efficiency of anaerobic digestion intensification and the profitability processing of biogas into heat and electricity. Ways to improve energy efficiency mainly consist in reducing the time of the substrate heating in a biogas reactor, reducing the consumption of electrical energy for the process of thermal stabilization of anaerobic digestion, structural combination of energy-efficient systems for mixing and heating raw materials in reactors, and introducing automatic production systems. The implementation of these actions will make it possible to establish the optimal geometric dimensions of an electrothermal-mechanical system with automatic control for mixing and heating the substrate in a biogas reactor and significantly increase the energy efficiency of biogas plants and the subsequent processing of the resulting biogas into thermal and electrical energy. Originality.As a result of the experimental study and analysis of the data obtained, it was found that with the same power of the heating sections, the change in the temperature of the electric cable in each blade does not occur in the same way. The authors found that the average value of the temperature of the sections of the electric heating cable of the lower blades is 12.9% higher compared to the upper blades of the electrothermal-mechanical system. In the course of experimental studies, the authors found that when using a heating system made of an electric heating cable mounted in the blades of a two-tier paddle mixer, it consumes 6 W2  4.99 10 J, on the process of initial heating of the substrate from 9.3 before 35.8 °С in a biogas reactor with a volume of 40 liters. The duration of the heating itself is 300 minutes. In the course of experimental studies, the authors established the energy efficiency from dividing the electrothermalmechanical system into heating sections, when each blade is a separate section with its own automatic temperature control of the electric heating cable mounted in the corresponding section, while the consumption of electrical energy is reduced by 27.9%. Practical value.The results obtained can be used in the design, construction and modernization of biogas production intensification systems, namely, mixing and heating of the substrate in biogas plants. This will improve the energy efficiency of the biogas formation process and the profitability of its processing into heat and electricity.ukекспериментенергоефективністьпочатковий нагрів субстратуелектротепломеханічна системаперемішуванняенергоспоживаннятемпература зброджуванняexperimentenergy efficiencyinitial heating of the substrateelectrothermal-mechanical systemmixingеnergy consumptionfermentation temperatureArticle