Особенности использования биомассы в энергетической отрасли

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Человечество может получить достаточное количество электроэнергии, не вырабатывая ее на ГЭС, АЭС или ТЭС, работающих на угле, нефти, природном газе и горючих сланцах. Можно необходимую энергию получать, используя альтернативные источники энергии, например ветровые, приливные, геотермальные, солнечные и волновые электростанции или ТЭС, работающие на биомассе.

Под альтернативной энергией понимаются биогаз, биодизель и другие углеводороды, полученные в результате переработки биомассы. Ресурсы данных источников колоссальны, но ограниченны. Альтернативная энергетика удовлетворить потребность человечества может только при экономии энергии. Например, в Индии правительство на федеральном и региональном уровнях выделяет значительные субсидии для реализации программ по установке усовершенствованных печей. К концу 2010 года в стране работало 52,6 миллиона таких печей. Использование улучшенных печей спасло от уничтожения более 33 миллионов тонн древесины в год. А если усовершенствовать печи по всему миру? Использование биомассы в энергетических целях дает большие перспективы: можно использовать отходы сельского хозяйства (получение биогаза в животноводстве, использование на ТЭС отходов растениеводства), а также получать топливо (выращивание энергетических лесов).

1. Что можно сделать из биомассы?

Биогаз. Всего в мире в настоящее время используется или разрабатывается около шестидесяти разновидностей технологий получения биогаза. Наиболее распространенный метод - анаэробное сбраживание в метатанках, или анаэробных колоннах. Биомасса (экскременты сельскохозяйственных животных; солома и прочие отходы растениеводства) сбраживаются в результате жизнедеятельности метанобактерий, в результате чего образуются биогаз и побочные продукты (витамин В, удобрение).

Потенциал: Россия ежегодно накапливает до 300 миллионов тонн в сухом эквиваленте органических отходов.250 млн. т. в сельскохозяйственном производстве и 50 млн. т в виде бытового мусора. Эти отходы являются сырьем для производства биогаза. Потенциальный объем ежегодно получаемого биогаза может составить 90 млрд. м3.

Биодизель - это экологически чистое топливо для дизельных двигателей, получаемое путем химической обработки растительного масла или животных жиров, которое может служить добавкой к дизельному топливу или полностью заменять его. Биодизель, как показали опыты, при попадании в воду не причиняет вреда растениям и животным. Кроме того, он подвергается практически полному биологическому распаду: в почве или в воде микроорганизмы за 28 дней перерабатывают 99 процентов биодизеля, что позволяет говорить о минимизации загрязнения рек и озер. Производство биодизеля позволяет ввести в оборот не используемые сельскохозяйственные земли, создать новые рабочие места в сельском хозяйстве, машиностроении, строительстве и т.д.

2. База биомассы

База биомассы -- органические соединения углерода, которые в процессе соединения с кислородом при сгорании выделяют тепло. Она является 6-ой по припасам из всех доступных источников энергии после угля, горючих сланцев, урана, нефти и природного газа. Человек стал использовать биомассу как источник энергии с того времени, как он нашел огнь. Сейчас горючего из биомассы можно использовать для широкого круга задач, начиная с отопления помещений и заканчивая приведением в движение автомобиля и питанием компьютера.

Некие главные данные по биомассе:

1. Общая масса живой материи - 2 000 млрд. тонн.

2. Общая масса наземных растений 1 800 млрд. тонн.

3. На одного человека приходится 400 тонн биомассы.

4. Энергия, связанная в земной биомассе составляет 25 000 ЭДж (экза- 2 в степени 60).

5. Ежегодно на Земле возникает 400 000 млн. тонн биомассы.

6. В биомассе произрастающей на земле связывается 3 000 ЭДж раз в год (95 ТВт).

7. Каждый год человечество потребляет 400 ЭДж (12 ТВт) энергии.

8. Доля биомассы в этом потреблении - 55 ЭДж в год (1.7 ТВт).

Химический состав биомассы различается в зависимости от ее вида. Растения состоят на 25% из лигнина и на 75% из углеводов. Углеводы построены из различных сладких молекул, соединенных друг с другом в длинные цепи или полимеры. Есть две большие группы углеводов, имеющих существенную ценность -- это целлюлоза и гемицеллюлоза. Лигнин состоит из молекул, которые не содержат сахаров. Природа использует длинные полимеры целлюлозы для построения волокон, придающих растениям их силу. Лигнин играет роль клея, который соединяет целлюлозные волокна. Биомасса оставляет меньше золы, которая, кроме того, не так насыщена ядовитыми и радиоактивными металлами, и может быть применена для удобрения почвы.

3. Систематизация главных типов энергетических процессов, связанных с переработкой биомассы

Термохимические:

1. Прямое сжигание для конкретного получения тепла. Желательно введению сухого гомогенного топлива.

2. Пиролиз. Биомассу нагревают или в отсутствии воздуха, или за счет сгорания некой ее части при ограниченном доступе воздуха либо кислорода Состав получающихся при всем этом товаров очень разнообразен. Тут и газы, и пары, и воды, и масла, и древесный уголь. Изменение состава товаров пиролиза находится в зависимости от температурных критерий, типа вводимого в процесс сырья, методов введения процесса. В неких случаях присутствие воды нужно, более того, сырье пиролиза является горючий газ, то процесс именуют газификацией.

3. Прочие термохимические процессы. Вероятны разные варианты подготовительной подготовки сырья и проведения самих процессов. В промышленных масштабах они обычно ведутся при серьезном контроле химического состава товаров реакций. Особенное значение имеют такие технологии, при которых целлюлоза и крахмалы преобразуются в сахара для следующей ферментации.

Биохимические:

4. Спиртовая ферментация. Этиловый спирт -- летучее жидкое горючее, которое можно использовать за место бензина. Он вырабатывается микроорганизмами в процессе ферментации.

5. Анаэробная переработка. В отсутствии кислорода некие мельчайшие организмы способны получать энергию, конкретно перерабатывая углесодержащие составляющие при средних условиях восстановления производя при всем этом метан. Этот процесс является ферментационным, но его принято именовать сбраживанием по аналогии с процессами идущими в пищеварительном тракте жвачных животных.

6. Биофотолиз. Фотолиз-это разложение воды на водород и кислород под действием света.

4. Категории биомассы

топливный биомасса анаэробный

Биомассу обычно делят на две категории:

- Древесная биомасса.

Эта категория включает лесоматериалы: необработанные, также те которые остались от переработки дерево и пиломатериалов; юные деревья, которые стремительно вырастают и посаженные специально для вырубки (ветла, тополь).

- Не древесная биомасса. Это городские и промышленные отходы, также продукты жизнедеятельности, которые остались после выкармливания с/х животных, не считая того сюда относятся с/х, водоросли, зерновые, с которых остается много растительной части и которая применима для сжигания (кукуруза, свекла, рапс).

Большая часть топливной биомассы (до 80%), это конечно древесина, она употребляется для обогрева и приготовления пищи в странах, которые развиваются. Нередко для получения энергии в котел подается не цельная древесина, а размельченная, гранулированная либо вообщем, спрессованная в брикеты. Древесный брикет делается из спрессованных отходов деревообработки - опилок, щепы, стружки. Из-за низкого содержания воды теплотворность брикета выше, чем у дров. Эти гранулки позволяют автоматом подавать горючее в котел, также перерабатываются с очень небольшим количеством отходов при большей теплопотере. Но древесину можно не только лишь спаливать. Применяя технологию пиролиза (т.е. нагревание до 500-800 градусов при полном отсутствии кислорода) можно выделить из древесины горючие газы (метан), которые затем используют для получения биоэнергии с еще большим КПД.

Биомассу в качестве отопительного материала можно использовать централизованно, другими словами весь район или небольшой город отапливается от одной котельной, работающей на сжигании биомассы. Также можно использовать специальные котлы в частном порядке на один дом. Некие виды биомассы -- дерево, к примеру, -- можно просто спаливать, чтобы получить энергию биомассы. Но есть и технологии, дозволяющие получать из дерева и другие биоматериалы водянистого и газообразного видов горючего. Их можно использовать вкупе (а может быть, в дальнейшем и вместо) с бензином, дизельным топливом, метаном и пропаном. Для выработки этанола применяется кукуруза. С той же целью (но в меньших масштабах) можно использовать и другие злаки -- пшеницу, рожь и рис. В Бразилии этанол получают из сахарного тростника. Соевые бобы, арахис и подсолнечник также применяются для получения дизельного биотоплива. И этанол, и биодизель можно использовать как для производства электроэнергии, так и в качестве автомобильного горючего. Конфигурации старенького бензинового мотора под биотопливо малы и относительно не накладны. Современные автомобилестроители выпускают движки, которые могут работать и на бензине, и на биотопливе. Популярностью в наше время пользуются консистенции ископаемого и биотоплива.

К примеру, в таких странах как Дания и Швеция популярна смесь из 85% биотоплива и 15% бензина. Одно из более перспективных направлений энергетического использования биомассы - производство из неё биогаза, состоящего на 50-80% из метана и на 20-50% из углекислоты. Его теплотворная способность - 5-6 тыс. ккал/м3.

Наиболее эффективно создание биогаза из навоза. Из одной тонны его можно получить 10-12 куб. м метана. А, к примеру, переработка 100 млн. тонн такового отхода полеводства, как солома злаковых культур, может дать около 20 миллиардов. куб. м метана. В хлопкосеющих районах раз в год остается 8-9 млн. тонн стеблей хлопчатника, из которых можно получить до 2 миллиардов куб. м. метана. Для тех же целей возможна утилизация ботвы культурных растений, травок и др. Свалки. Разные виды мусора, а именно бумагу, картон, остатки пищи, также можно перерабатывать в компост для получения биогаза.

Болотный газ, который скапливается в заболоченных местах и временами возгорается, есть природный биогаз. На самом деле, это тот же самый биогаз, который создают в коммерческих либо личных целях для подогрева, электрификации либо для использования в качестве горючего. Биогаз можно преобразовать в термическую и электронную энергию, использовать в движках внутреннего сгорания для получения синтезгаза и искусственного бензина. Теплотворная способность различных топлив.

Экологические достоинства.

Внедрение энергии биомассы имеет множество экологических преимуществ. Оно может помочь замедлить изменение климата, закончить кислотные дождики, эрозию почв, загрязнение воды. Посадки деревьев дадут место для жизни диким животным.

В настоящее время мировым лидером в использовании соломы в энергетических целях является Дания. Здесь доля травы в общем энергопотреблении составляет около1,5% (а биомассы в целом - около 6%). При этом три четверти травы остаются неиспользованными, другими словами ее долю в энергопотреблении можно увеличить в четыре раза - примерно до 60 ПДж.

С целью получения тепловой энергии из травы в Европе употребляют Австрия (несколько фермерских установок и 5 термических станций) и Швеция (около 70 фермерских установок и 5 термических станций, применяющих траву в качестве дополнительного сырья). Термические станции и фермерские котлы, использующие траву, есть также в Финляндии и Франции. Доля энергии, получаемой из биомассы в развивающихся странах, составляет около 30-40% от всей потребляемой энергии, а в некоторых странах (в основном в Африке) добивается 90%. Посреди развивающихся стран всераспространено создание энергии и тепла с помощью переработки отходов на небольших биогазовых установках.

Около 16 миллионов хозяйств по всему миру используют энергию для освещения, обогрева и приготовления пищи, производимую в биогазовых установках. Это включает 12 миллионов хозяйств в Китае, 3,7 миллиона хозяйств в Индии и 140 тысяч хозяйств в Непале. Биомасса используется в РФ в основном в виде дров и отходов растениеводства для отопления домов, публичных построек, в сельской местности -- для технологических процессов сушки, получения пара и горячей воды в производственных зданиях. В связи с этим принципиальной задачей является повышение эффективности используемого печного и котельного оборудования и его автоматизация. Самозаготовки дров сельским популяцией оцениваются в объеме 15 млн. т в год. Исследователи видят будущее биомассы в замене нефти, как источника многих химикатов, применяемых в современном мире. Вещи из пластика, краски и клеи можно производить не из нефтепродуктов, а из биомассы.

Размещено на Allbest.ru