Энергетический потенциал соломы как биотоплива

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

Б_от=Б_зер•К_от, (1)

Б_от - пожнивных остатков злаковых культур; Б_зер - количество зерна; К_от - 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 К_эн.[2] . Поскольку в процессе сбора и транспортировки неизбежны потери, введем коэффициент потерь К_п.

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

Б_эн= Б_зер•К_от•(1- К_п)• К_эн (2)

В результате обработки статистических данных по валовому сбору зерна и соломы в различных областях России были определены коэффициенты К_от , К_п, К_эн. 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

Таблица 2. - Количество основных растительных отходов

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

Б_эн= Б_зер•К_от•(1- К_п)• К_эн=

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

Энергетический потенциал растительных отходов сельскохозяйственного производства можно определить из выражения

Р_эн=Б_эн • Q_н^р/7000, кг у.т., (3)

где Q_н^р - 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

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)

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

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