Энергетический потенциал соломы как биотоплива

Статистические данные по валовому сбору зерна и соломы в различных областях России. Анализ основных преимуществ и эффективности использования соломы в качестве источника энергии. Анализ соотношения объемов и теплотворной способности соломы как топлива.

Рубрика Физика и энергетика
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 29.06.2017
Размер файла 48,4 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

А.С. Касьянов

Энергетический потенциал соломы как биотоплива

Сегодня в Российской Федерации, а особенно в ее южных районах, пропадает огромное количество потенциально дешевого биотоплива из отходов сельского хозяйства (соломы, лузги и других). В Европе из подобных отходов уже давно производят топливные брикеты (пеллеты) для использования этого экологически чистого топлива с высокой теплоотдачей для котельных и крупных ТЭС.

В связи с этим возникает потребность в продолжении исследований энергетической проблемы, которой посвящены работы И. Б. Бестужева-Лады, Ю. Ю. Герасимова, Ю. В. Горлачева, П. Л. Капицы, Н. Н. Моисеева, М. Н. Рудакова, И. Т. Фролова, Г. С. Хозина[11] . Для того чтобы оценить количество пожнивных остатков злаковых культур, воспользуемся статистическими данными официальных министерств по валовому сбору урожая. В этом случае количество пожнивных остатков злаковых культур находится из формулы: солома энергия топливо

Ботзер•Кот, (1)

Бот - пожнивных остатков злаковых культур; Бзер - количество зерна; Кот - коэффициент отходов.

Коэффициент отходов является безразмерной величиной и определяет выход соломы или стеблей растений в зависимости от количества зерна [1].

В сельском хозяйстве солома ячменя, пшеницы и овса применяется для содержания скота, а пожнивные остатки рапса, гречихи не используются в животноводстве. Исходя из этого для оценки объема отходов, которые могут использоваться как топливо, применяется коэффициент энергетического использования растительных отходов Кэн.[2] . Поскольку в процессе сбора и транспортировки неизбежны потери, введем коэффициент потерь Кп.

Следовательно, мы можем получить выражение для определения отходов доступных для производства энергии

Бэн= Бзер•Кот•(1- Кп)• Кэн (2)

В результате обработки статистических данных по валовому сбору зерна и соломы в различных областях России были определены коэффициенты Кот , Кп, Кэн. По данным Росстата, а также из анализа статистических материалов по Ростовской области за 2010-2012 годы.

В табл. 1 приведены значения указанных коэффициентов.

Чтобы рассчитать количество растительных отходов по формуле (2) были использованы официальные данные Росстата по валовому сбору зерна[3]. Результаты обследования приведены в таблице 2.

Таблица 1. - Коэффициенты основных растительных отходов

Наименование культуры и отходов

Коэффициенты

отходов, Кот

потерь, Кп

энергетического использования, Кэн

1

Солома зерновых и зернобобовых

1

0,1

0,7

2

Солома рапса

1,8

0,1

1

3

Солома сои

1,3

0,1

1

4

Кукуруза (стебли)

1,2

0,25

1

5

Подсолнечник (стебли)

3,5

0,3

1

6

Подсолнечник (лузга)

0,18

0,1

1

Таблица 2. - Количество основных растительных отходов

Годы

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

Валовой сбор зерна, Бзер, тыс. ц

Зерновые и зернобобовые

819625

806479

815990

876444

1112459

1079458

790454

976021

813240

Рапс

1575

1505

1282

2342

2548

3231

4136

3099

1772

Соя

5699

7539

8365

7148

7843

10408

14227

18189

19405

Кукуруза

35336

31553

37304

44227

69950

48193

42472

74477

87265

Подсолнечник на зерно

49597

66256

70163

60179

76248

71250

68673

102026

84875

Количество растительных отходов, Бэн, тыс. ц

Солома зерновых и зернобобовых

516363,8

508081,8

514073,7

552159,7

700849,2

680058,5

497986

614893,2

512341,2

Солома рапса

2551,5

2438,1

2076,8

3794

4127,8

5234,2

6700,3

5020,4

2870,6

Солома сои

6667,8

8820,6

9787,1

8363,2

9176,3

12177,4

16645,6

21281,1

22703,9

Кукуруза (стебли)

31802,4

28397,7

33573,6

39804,3

62955

43373,7

38224,8

67029,3

78538,5

Подсолнечник (стебли)

121512,7

162327,2

171899,4

147438,6

186807,6

174562,5

168248,9

249963,7

207943,8

Подсолнечник (лузга)

8034,7

10733,5

11366,4

9749

12352,2

11542,5

11125

16528,2

13749,8

Всего

686932,9

720798,9

742777

761308,8

976268,1

926948,8

738930,6

974715,9

838147,8

Рассмотрим пример расчета производственных отходов соломы зерновых и зернобобовых за 2012 год по формуле (2):

Бэн= Бзер•Кот•(1- Кп)• Кэн=

=813240 тыс. ц •1•(1-0,1)•0,7=512341,2 тыс. ц

Энергетический потенциал растительных отходов сельскохозяйственного производства можно определить из выражения

Рэнэн • Qнр/7000, кг у.т., (3)

где Qнр - низшая теплота сгорания рабочего топлива из растительных отходов, ккал/кг; 7000 ккал - теплотворная способность 1 кг условного топлива. [4]. Так как зависит от влажности отходов, то значения принимались по литературным данным [5] для воздушно-сухих отходов влажностью 18-20%. Солома зерновых и зернобобовых культур =3000 ккал/ кг; рапса - 3660; сои - 3800; стебли кукурузы - 3270; стебли подсолнечника - 3200; лузга подсолнечника - 3750 ккал/кг. Результаты расчета энергетического отенциала представлены в табл. 3. Пример расчета энергетического потенциала соломы зерновых и зернобобовых культур за 2012 год по формуле (3)

Таблица 3. - Количество условного топлива

Количество условного топлива Рэн, тыс. т у. т.

Годы

Зерновые и зернобобовые

Рапс

Соя

Кукуруза

Подсолнечник

Всего

стебли

лузга

2004

22129,9

133,4

362

1485,6

5554,9

430,4

30096,2

2005

21774,9

127,5

478,8

1326,6

7420,7

575

31703,5

2006

22031,7

108,6

531,3

1568,4

7858,3

608,9

32707,2

2007

23664

198,4

454

1859,4

6740,1

522,3

33438,2

2008

30036,4

215,8

498,1

2940,9

8539,8

661,7

42892,7

2009

29145,4

273,7

661,1

2026,2

7980

618,3

40704,7

2010

21342,3

350,3

903,6

1785,6

7691,4

596

32669,2

2011

26352,6

262,5

1155,3

3131,2

11426,9

885,4

43213,9

2012

21957,5

150,1

1232,5

3668,9

9506

736,6

37251,6

Средне годовое

24270,5

202,3

697,4

2199,2

8079,8

626,1

36075,2

Исходя из данных таблицы 3 наибольший энергетический потенциал растительных отходов был в 2011 году и составлял свыше 43 млн.т.у.т.

Следует рассматривать два эффективных пути использования незерновой части урожая злаковых культур. Первый - это производство топливных брикетов или пеллет, что для агропромышленных предприятий позволит снять ответственность за сжигание отходов на полях, обеспечит появление новых рабочих мест и дополнительный доход. Биоэнергетика способна заменить углеводородное топливо во многих энергетических отрослях - в производстве тепла, электроэнергии и транспортного топлива[7]. А для бизнеса данное направление означает выход на европейские рынки с биотопливом из местных отходов. Так стоимость оптовых закупок брикетов из соломы на пункте доставки Ягодин (на границе с Польшей) доходит до 100 евро/тонна при себестоимости производства в 50-55 евро/тонна. Второй - использование рулонов или тюков соломы в качестве топлива для тепло- и электрогенерации, расположенных рядом с местом возделывания злаковых культур, различных производственных сельскохозяйственных и бытовых объектов.

В настоящее время мировым лидером в использовании соломы в энергетических целях является Дания. В табл.1.1 приведены данные о количестве в этой стране соломосжигающих установок и станций.

В течении последних семи лет среднегодовое количество соломы в Дании составляет не менее 6.3 млн т. Из них 12,5 % используется в качестве топлива (в фермерских котлах - 7,2; на тепловых станциях - 4,2; на электростанциях - 1,1 %), 36,5 % идет на нужды сельского хозяйства (для корма и подстилки скоту), излишек соломы составляет 48 %, и он рассматривается как потенциал для расширения энергетического использования БМ.

Таблица 1.1 - Использование соломы для сжигания в энергетических целях (Дания)

Установки и станции

Число установок (станций)

Годовое потребление соломы

тыс. т

ПДж

Фермерские установки (0,1…1,0 МВт)

8000

400

6,4

Тепловые станции (1…10 МВт)

67

320

4,3

Станции КТЭ

15

390

6,7

Итого

1110

17,4

Основные преимущества использования соломы в качестве источника энергии:

- высокая тепловая отдача;

- экологически чистая энергия;

солома это СО2 -- нейтральный вид топлива, при сгорании и естественном тлении выделяет одинаковое количество углек.газа.

- легко возобновляемая;

- не требующая больших финансовых затрат;

солома -- побочный продукт производства зерна, а значит, относительно дешевый вид топлива, в сравнении с традиционным топливом (газом, углем, мазутом).

- не требующая затрат при хранении;

- имеет большой диапазон применения;

Теплотворная солома (влажность не более 20%) - 4 кВт/кг или 3440 ккал/кг [6]. Теплотворной способностью или теплопроводностью топлива называется то количество теплоты, которое дает одна весовая единица этого топлива при своем горении.

Соотношение объемов и теплотворной способности топлива:

1 мі газа > 10 кВт

1 л дизельного топлива > 10 кВт

2,5 кг дров или соломы влажностью около 20% > 10 кВт

1 мі березовых дров с влажностью 20% весит 455 кг

1 мі березовых дров равноценен 0,75 мі дубовых, 1,1 мі ольховых, 1,2 мі сосновых, 1,3 мі еловых, 1,5 мі осиновых

В табл. 1.2 приведены типичные характеристики соломы в сравнении с характеристиками угля и природного газа.

Таблица 1.2 - Сравнительные физико-химические свойства углеводородного сырья

Характеристика

Желтая солома

Серая солома

Уголь

Природный газ

Влажность, % масс.

15

15

12

0,0

Состав топлива, % масс.:

зола,

углерод,

кислород,

водород,

хлор,

азот,

сера,

летучие компоненты

4

42

37

5,0

0,75

0,35

0,16

70

3

43

38

5,2

0,2

0,41

0,13

73

12

59

7,3

3,5

0,08

1,0

0,8

25

0,0

75

0,9

24

-

0,9

0,0

100

Теплота сгорания, МДж/кг:

фактическая,

сухого сырья без золы

14,4

18,2

15

18,7

25

32

48

48

Температура золы, 0С:

начала деформации,

размягчения,

жидкотопливного состояния,

950

1050

1150

1100

1150

1250

1175

1225

1275

-

-

-

Первой проблемой при использовании пожнивных остатков злаковых культур является их низкая насыпная плотность рулонов (30 - 40 кг/м3) имеющими сейчас техникой у наших фермеров. Но и у нас производится техника с плотностью тюков 95 кг/м3 (производить такой вид подборщиков завод Ростсельмаш).

Вторая проблема - солома содержит хлор, соединения которого вызывают коррозию теплообменного оборудования. Причем, в «желтой» (свежеубранной) соломе почти в 4 раза выше, чем в «серой» (увядшей). Считается, что для вымывания хлоридов из соломы достаточно 5 - 7 дней.

Солома - это горячий воздух, горячая вода, пар, электроэнергия. Экономическая выгода очевидна в связи с использованием дешевого сырья[9,10]. В мире каждый день наращивают темпы использования соломы как биотоплива, в альтернативную энергетику вкладываются большие инвестиции. Эффект от использования альтернативного топлива из отходов сельского хозяйства:

- создание экологически чистого, безотходного производства

- снижение себестоимости продукции

- экономически эффективное использование растительных отходов

- экономия бюджетных средств, выделяемых на закупку топлива для муниципальных котельных;

- развитие малого бизнеса

- создание новых рабочих мест на селе.

Выводы

- Уточненная методика расчета энергетического потенциала твердой биомассы России за период 2004-2012 годов, среднегодовое значение которого составило свыше 36 млн. т.у.т.

- Результаты обработки фактических данных по выходу соломы в различных регионах России уточнены опытные значения коэффициентов отходов, потерь и энергетического использования растительных отходов.

- Потенциал растительных отходов зависит от многих факторов и за период 2004-2012 годов изменился до 30%.

- Суммарный фактически достигнутый энергетический потенциал твердого биотоплива составил более 37 млн. т. у. т./год, что составляет примерно 10% всего энергопотребления России.

Литература:

1. Забарний Г. М., Шурчков А. В. Енергетичний потенціал нетрадиційних джерел енергії України. - Київ: ІТТФ НАНУ, 2002. - 211 с.

2. Гелетуха Г.Г., Железна Т.А., Жовмір М. М., Матвеєв Ю. Б., Дроздова О. І. Оцінка енергетичного потенціалу біомаси в Україні. Частина 1.Відходи сільського господарства та деревинна біомаса // Промислова теплотехніка, 2010, т. 32, №6.-С. 58-65.

3. Росстат. Статистические данные//[Электронный ресурс] /Режим доступа:http://www.gks.ru/ wps/ wcm/ connect /rosstat_main /rosstat/ru /statistics/ enterprise/ economy/# (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.

4. Клюс С.В., Г.Н. Забарный Оценка и прогноз потенциала твердого биотоплива [Электронный ресурс] /Режим доступа:http://www esco-ecosys.narod.ru› industry/ 2013_5/art152.pdf (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.

5. Кудря С. О. Щокін А. Р. Деякі аспекти визначення коефіцієнтів переводу теплотворної здатності паливно-енергетичних ресурсів з натуральних одиниць в умовні // Відновлювана енергетика, 2006.- №6.-С. 15-22.

6. Компания Herlt. Требования к качеству соломы как топливу [Электронный ресурс] /Режим доступа: www. URL: http://www.coalnet.ru/herlt/stroh.html (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.

7. Шегельман И.Р. Потенциал карельского биоэнергетического кластера [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона» 2013, №3.- Режим доступа http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n3y2013/1751 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.

8. Nikolaisen L., Nielsen С., Larsen M.G. Straw for Energy Production. Technology Environment - Есоnоmу. - Aarhus: EN- TRYK 2006. - 46 р.

9. Jorgensen U, Kristensen E.F. Еurореаn Еnergy Crops Overview. Country Report for Denmark, June 2006. - Copenhagen, 1996. - 83 р.

10. J. vап Dооrn, Вruуn Р. Vеrmеij Р. Сотbined Combustion of Вiomass, Municipal Sewage Sludge and Coal in ап Atmospheric Fluidised Bed Installation//Ргос. of the 9th Еuгор. Вioenergy Conf., Copenhagen, Denmark, 24-27 June, 2006. - Регgаmоn, 2006. - Vol. 2. - Р. 1007-1012.

11. Васильев А.С. Шегельман И.Р. Анализ путей повышения конкурентоспособности энергетической биомассы [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона» 2013, №3.- Режим доступаhttp://www.ivdon.ru/magazine/archive/n3y2013/1769 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Проблемы современной российской энергетики, перспективы использование возобновляемых источников энергии и местных видов топлива. Развитие в России рынка биотоплива. Главные преимущества использования биоресурсов на территории Свердловской области.

    контрольная работа [1,1 M], добавлен 01.08.2012

  • Ресурс энергии, заключенный в биомассе, который может быть реально вовлечен в хозяйственную деятельность. Обзор развития биотопливной отрасли в России. Сфера жидкого биотоплива. Проблемы внедрения этого направления в современной энергетической отрасли.

    доклад [15,3 K], добавлен 15.11.2015

  • Современная энергетика. Сокращение запасов ископаемого топлива. Топливные элементы. Типы топливных элементов и области их применения. Состояние работ по водородной энергетике в России. Примеры использования водорода, в качестве источника энергии.

    реферат [789,6 K], добавлен 02.10.2008

  • Методика расчета горения топлива на воздухе: определение количества кислорода воздуха, продуктов сгорания, теплотворной способности топлива, калориметрической и действительной температуры горения. Горение топлива на воздухе обогащённым кислородом.

    курсовая работа [121,7 K], добавлен 08.12.2011

  • Общая характеристика процесса возникновения шаровой молнии как физического явления, анализ перспектив ее использования в качестве источника электрической энергии. Описание технологий передачи энергии на расстояние путем использования шаровой молнии.

    реферат [306,9 K], добавлен 19.12.2010

  • История развития процессов получения и использования энергии. Существующие виды топлива. Технологические свойства жидкого топлива. Применение газообразного топлива в различных отраслях народного хозяйства. Тепловое действие электрического тока.

    реферат [27,1 K], добавлен 02.08.2012

  • Характеристики возобновляемых источников энергии и основные аспекты их использования в России, анализ и оценка их преимуществ по сравнению с традиционными. Механизм и этапы расчета коэффициента замещения органического топлива солнечной системой.

    курсовая работа [517,2 K], добавлен 20.04.2016

  • Пути и методики непосредственного использования световой энергии Солнца в промышленности и технике. Использование северного холода как источника энергии, его потенциал и возможности. Аккумулирование энергии и повышение коэффициента полезного действия.

    реферат [18,0 K], добавлен 20.09.2009

  • Использование альтернативных океанических возобновляемых источников энергии: биомассы и водорода, волн и течения, разности в солености морской и речной воды. Энергетический потенциал тепловых станций в тропиках и на осмотических станциях в устьях рек.

    реферат [589,8 K], добавлен 15.06.2011

  • Ознакомление с основными направлениями и перспективами развития альтернативной энергетики. Определение экономических и экологических преимуществ использования ветровой, солнечной, геотермальной, космической, водородной, сероводородной энергии, биотоплива.

    реферат [706,0 K], добавлен 15.12.2010

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.