IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Ежегодный прирост биомассы на земле составляет 220 млрд. тонн, что позволяет запасать в виде энергии химических связей до 4 х 10 ²¹ Дж энергии. Ежегодное мировое коммерческое использование всей энергии составляет 3.9 х 10 ²⁰ Дж, что в 10 раз меньше запасаемой энергии.

Рисунок 1 - Распределение биомассы в мире

(земная биомасса – зеленая окраска) [1]

Во всем мире энергетическое использование древесной биомассы и, в частности, древесных отходов, рассматривается как желанная альтернатива традиционным видам топлива. Это связано с тем, что древесные отходы являются CO₂-нейтральными, имеют низкое содержание серы, относятся к возобновляемым источникам энергии. Все это привело к тому, что технологии получения энергии из древесных отходов в последние годы развиваются и совершенствуются. Основными технологиями являются: сжигание, быстрый пиролиз и газификация [2].

Потенциальные объемы производства биотоплив из биомассы в России в ближайшие десятилетия могут составить в год около 1500 млн. т.у.т./год, и не будут уступать объемам ежегодной добычи нефти, угля или природного газа, годовой энергобаланс России – более 1600 млн. т.у.т.) [3].

Потенциальные энергетические возможности России в области биоэнергетики, как и в случае ископаемых углеводородов превосходят таковые любой страны мира. При интенсивном развитии этой отрасли российской энергетики страна может стать крупнейшим экспортером отдельных видов биоэнергетики.

Таблица 1 - Оценка потенциала биоэнергетики в России [4].

Ресурсы	Валовый потенциал млн. т.у.т./год	Технический, потенциал млн. т.у.т./год	Экономический, потенциал млн. т.у.т./год
Энергия биомассы	467	129	69

Основными источниками российской энергетической биомассыявляются:

1. Органические отходы агропромышленного комплекса с эненргосодержанием до 80 млн. т.у.т./год;

2. Органические отходы лесопромышленного комплекса (при условии использования современных технологий лесопроизводства и деревообработки) с энергосодержанием до 1 млрд. т.у.т./год; (весь лесной запас – 20 млрд. т.у.т.);

3. Отходы городов (сточные воды и твердые бытовые отходы);

4. Торф (всего -60 млрд. т.у.т. 10.7 млрд. т.у.т. промышленный фонд, 100 млн. т.у.т./год);

5. Энергетические плантации (минимум 270.9 млн. т.у.т./год, 19.5 млн. га - 20%, биогаз – 228.5 млн. т.у.т., этанол – 41.9 млн. т.у.т.);

6. Биогазификация остаточной нефти [4].

Оценка объемов органических отходов в АПК и ЛПК, проведенная Институтом энергетической стратегии, позволила установить, что универсальными для всех регионов России видами биотоплив являются пеллеты (гранулы, брикеты) и биогаз.

Россия является мировым лидером по лесным ресурсам, обладая четвертой частью мировых запасов древесины, оцениваемых в 82 млрд. м3 или 41 млрд. т. [5].

На рисунке 2 приведены потенциальные количественные данные по производству различных видов биотоплива: пеллет, этанола, син-газа, водорода и бутанола,- из отходов лесопроизводства и деревопереработки при применении современных технологий. © РОССИЙСКОЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ АГЕНТСТВО 2012 г.

Рисунок 2 - Потенциальные объемы производства биотоплив из отходов лесопроизводства и деревообработки в России

Использование биотоплива (древесного топлива):

1. Наличие методов, способов, технологий для решения обозначенной проблемы по использованию древесной биотоплива

Технологии:

1. прямое сжигание в топках котлов;

Прямое сжигание происходит в топках с горизонтальной, конусообразной, наклонной или подвижной колосниковой решеткой. Данный метод используется в водогрейных котлах и печах малой мощности (менее 20 МВт) для сжигания древесного топлива, в том числе с высокой влажностью: кусковых и длинномерных отходов, щепы, коры, опилок, топливных брикетов и гранул и т.д.

1. Сжигание в кипящем/циркулирующем слое;

Сжигание в кипящем/циркулирующем слое позволяет достичь большей эффективности и экономичности за счет почти 100%-го сгорания топлива при меньшем уровне эмиссии отходов горения по сравнению с прямым сжиганием. При использовании данного метода измельченное древесное топливо подается в «кипящий» слой, созданный путем продувания воздуха или газа через слой инертного материала, например, песка.

1. газификация - сжигание биомассы при температуре 900-1500 °С в присутствии воздуха или кислорода и воды с получением синтезгаза (биосингаза) и стеклообразной массы (7-10% от массы исходного материала), применяемой как наполнитель для дорожных покрытий;

Газификация/Сжигание газов во вторичной камере сгорания (газогенераторная топка) представляет собой двухэтапный процесс. На первом этапе топливо подается шнековым питателем на наклонную решетку в первичной камере (предтопке), где оно нагревается до такой температуры, при которой происходит процесс газификации. Перегретый и смешанный со вторичным воздухом древесный газ сгорает во вторичной камере практически без остатка. Продукты сгорания используются в котле или печи для получения горячей воды, пара или воздуха. В когенерационном режиме пар может использоваться в паровой турбине для получения электроэнергии. Диапазон мощностей систем сжигания такого рода от 150 кВт до 30 МВт. Недостаток - высокая стоимость

1. пиролиз - термохимическая конверсия сырья без доступа воздуха при температуре 450-550 °С, которая позволяет из 1 м³ абсолютно сухой древесины получать 140-180 кг древесного угля, не содержащего вредных примесей и используемого для получения лучших сортов стали, 280-400 кг жидких продуктов (метанола, уксусной кислоты, ацетона, фенолов) и 80 кг горючих газов.

Основной продукт пиролиза - синтетическое жидкое топливо (пиротопливо) - имеет калорийность, составляющую примерно 55% от калорийности дизельного топлива. Используется путем сжигания в газотурбинных установках (ГТУ) или дизельных двигателях. Несмотря на высокую эффективность и удобство использования жидкого синтетического топлива, отсутствие отходов, пиролиз только недавно вышел из стадии исследований и опытных разработок (максимальная производительность действующей пилотной установки составляет 10 тонн в сутки), что обусловливает высокую стоимость используемого оборудования.

Дополнительно необходимо отметить технологию производства древесных гранул (пеллет), которая позволяет: автоматизировать котельные, повысить стабильность сжигания, увеличить теплотворную способность топлива на 1 кг, уменьшить место для складирования.

Если рассматривать развитие биоэнергетики в России, то с учетом полномасштабного внедрения ее в энергетику и экономику страны ВИЭ в России может полностью заменить традиционные виды топлив. Но для оставшегося мира: развитых и развивающихся стран, особенно таких, как Китай, Индия, Индонезия и др., ВИЭ вряд ли смогу покрыть даже 50% потребности в топливе и энергии.

Библиографический список

1. Панцхава Е.С.,Ж, Аналитическая записка «Технические характеристики, международный опыт и целесообразные объемы создания электростанций на основе использования биомассы в РФ.», ЭНИН, Москва, 2009, 46 с.

2. http://www.combienergy.ru/stat/1003-Energiya-iz-drevesnyh-othodov - Портал по тригенерации, когенерации и мини-ТЭЦ

3. Панцхава Е.С., Беренгартен М.Г., Ванштейн С.И., Биогазовые технологии. Проблемы экологии, энергетики, сельскохозяйственного производства, Москва, 2008, МГУИЭ, ЗАО Центр «ЭКОРОС», 217 с.

4. Безруких П.П., «Экологическая модернизация России - роль науки и гражданского общества», Всероссийская научно-практическая конференция "Энергоэффективность и проблемы развития возобновляемой энергетики", Москва, Центр «Дубровский», 25-26 Октября 2010 г.

5. Перспективы развития ВИЭ в России, Программа Европейского проекта TACIS для Российской Федерации, Из-во «Атмограф», М., 2009, 455 с.

Код для цитирования: Скопировать