Биоэнергетика, ее перспективы в Беларуси. 3

МИНЕСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УО  «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

БОБРУЙСКИЙ  ФИЛИАЛ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

По  предмету: Основы энергосбережения

 

На  тему: Биоэнергетика, ее перспективы  в Беларуси

 

 

 

 

Студентка 1 курса

Группа  М-121

Фролкова  Анна

Выполнила:        

 

 

 

 

к.т.н., доцент Ковальчук В.М.

Проверил:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Бобруйск,2012

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ

 

1.ОБЩАЯ  ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДОВ ПЕРЕРАБОТКИ  БИОМАССЫ

 

1.1.Термохимический  метод переработки биомассы 

 

1.2.Биохимический  метод переработки биомассы

 

1.3.Агрохимический  метод переработки биомассы

 

2.ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА  ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ  УСТАНОВОК

 

3.РАЗВИТИЕ БИОЭНЕРГЕТИКИ В РЕСПУБЛИКЕ  БЕЛАРУСЬ

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

ЛИТЕРАТУРА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

В наше время во многих странах мира наблюдается повышение интереса к возобновляемым источникам энергии. Это связано с непрерывно уменьшающимися запасами ископаемых энергоносителей, ухудшением экологии, связанным с газовыми выбросами, приводящими к парниковому эффекту, а также желанием многих стран освободить энергетические источники от политической ситуации.

Возобновляемый  энергетический ресурс - постоянно  действующие или периодически возникающие  потоки энергии в результате естественных природных процессов.

Согласно  прогнозам Мировой энергетической комиссии о перспективах использования  возобновляемых источников энергии  главенствующая роль принадлежит биомассе. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.ОБЩАЯ  ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДОВ ПЕРЕРАБОТКИ  БИОМАССЫ

 

Биоэнергетика – это энергетика, основанная на использовании биотоплива. Она включает использование растительных отходов, искусственное выращивание биомассы и получение биогаза.

Биомасса – наиболее дешевая  и крупно масштабная форма аккумулирования возобновляемой энергии. Под термином «биомасса» подразумеваются любые материалы биологического происхождения, продукты жизнедеятельности и отходы органического происхождения.

Основа  биомассы - органические соединения углерода, которые в процессе взаимодействия с кислородом при сгорании или  в результате естественного метаболизма  выделяют теплоту.

Первоначальная  энергия биомассы возникает в  процессе фотосинтеза под действием  солнечного излучения. В обобщенном виде эту реакцию можно представить  следующим образом:

Среди основных энерготехнологических методов  переработки биомассы можно выделить (рис. 1):

• термохимический метод;
• биохимический метод;
• агрохимический метод.

Рисунок 1. Классификация основных типов энергетических процессов переработки биомассы:

1.1.Термохимический метод переработки биомассы

 

Пиролиз - процесс нагревания биомассы либо в отсутствие воздуха, либо за счет сгорания некоторой ее части при ограниченном доступе воздуха или кислорода. КПД процесса пиролиза достигает 80-90 %.

В качестве исходного энергетического продукта в процессе пиролиза могут использоваться:

• органическое топливо (уголь, сланцы, торф и т. д.);
• древесные отходы;
• сельскохозяйственные отходы (солома, ботва растений и т. п.);
• биобрикеты и т. д.

Состав  получаемых при этом вторичных энергетических продуктов чрезвычайно разнообразен. Изменение состава продуктов  пиролиза зависит от температурных  условий, типа вводимого в процесс  сырья, способов ведения процесса. Разновидности  топлива, получаемого в результате пиролиза, имеют несколько меньшую  по сравнению с исходной биомассой  суммарную энергию сгорания, но отличаются большей универсальностью применения:

1. лучшей управляемостью процесса горения и соответственно повышением его энергоэффективности;
2. большей технологичностью, более широким диапазоном возможных потребителей и соответственно более высокими экономическими и качественными показателями.

 

Газификация - способ ведения процесса пиролиза, при котором основным энергетическим продуктом является горючий газ.

Газогенератор - устройство, в котором реализуется  процесс газификации. В состав образующегося в газогенераторе генераторного газа входят следующие горючие компоненты:

• окись углерода;
• водород;
• газообразные углеводороды;
• метан.

Процесс газификации включает следующие последовательные фазы:

• сушка;
• пиролиз (коксование);
• газификация топлива.

В зоне сушки происходит выпаривание начальной  влаги из поступающего в газогенератор  топлива за счет остаточной теплоты  уходящего генераторного газа.

В зоне пиролиза при температуре до 800 °С от топлива отделяются легкие газообразные фракции, самой важной из которых является метан (СН₄). Закоксовавшееся в зоне пиролиза топливо сначала реагирует с кислородом, находящимся в свежем воздухе, образуя двуокись углерода и водяной пар:

 

С + O₂ => СO₂ (горение);

 

2Н₂ + O₂ => 2Н₂O.

 

В зоне газификации при температуре свыше 900 °С СО₂ и Н₂0 продолжают реагировать с углеродом, образуя окись углерода и водород, которые являются активно горящими газами:

 

CO₂ + С => 2СО;

 

Н₂O + С => Н₂ + СО.

 

Следует указать, что верхняя граница  температуры прохождения реакции  газогенерации ограничена значениями 1100-1200 °С (температура плавления золы).

 

1.2.Биохимический метод переработки биомассы

 

Анаэробное разложение - процесс получения энергии из биомассы микроорганизмами (анаэробными бактериями) в отсутствие или при недостатке кислорода и света. Полезный энергетический продукт этого процесса - биогаз.

Биогаз - смесь углекислого газа (СO2) и  метана (СН4). Энергетическая эффективность процесса сжигания биогаза может достигать 60-90 % эффективности сжигания сухого исходного материала.

Основное  уравнение, описывающее процесс  анаэробного разложения биомассы (на примере целлюлозы) имеет следующий  вид:

 

С₆Н₁₀О₅ + Н₂O => 3CO₂ + 3CH₄.

 

Биогазогенератор — устройство, в котором реализуется процесс преимущественного получения СН₄ посредством анаэробного разложения исходной биомассы. Конструкции биогазогенераторов отличаются чрезвычайным разнообразием как по организации собственно технологи­ческого процесса анаэробной переработки биомассы, так и по составу исходного продукта.

 

Спиртовая ферментация - процесс получения этилового спирта в качестве энергетического продукта. Этиловый спирт (этанол) С₅Н₅ОН - летучее жидкое топливо, которое можно использовать вместо бензина.

В естественных условиях этанол образуется из сахаров  соответствующими микроорганизмами в  кислой среде (рН от 4 до 5).

Основная  реакция превращения сахарозы в  этанол имеет следующий вид:

 

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O = 4С₂Н₅OН + 4СO₂.

 

Жидкие  топлива, и в частности этанол, отличаются чрезвычайной технологической  эффективностью из-за удобства использования  и хорошего управления процессом  горения в двигателях внутреннего  сгорания.

В качестве заменителя бензина этанол можно  использовать в виде:

• 95 % -го этанола в модернизированных двигателях;
• смеси 100 %-го (обезвоженного) этанола с бензином в соотношении один к десяти в традиционных двигателях.

В настоящее  время стоимость топливного этанола  сравнима со стоимостью бензина, причем наблюдается тенденция ее снижения. Вместе с тем этанол характеризуется  более высоким октановым числом.

Фотолиз - процесс разложения воды на водород и кислород под действием света. Если водород сгорает или взрывается в качестве топлива при смешении с воздухом, то происходит рекомбинация О₂ и Н₂.

Некоторые биологические организмы продуцируют  или могут при определенных условиях продуцировать водород путем  биофотолиза. Подобный результат можно получить химическим путем без участия живых организмов в лабораторных условиях. Промышленного внедрения эти технологии еще не получили.

 

1.3.Агрохимический метод переработки биомассы

 

Экстракция топлив - процесс получения жидких или твердых топлив прямо от растений или животных.

Продукцию растений можно разделить на следующие  категории:

• семена - подсолнечник с массовым содержанием масла до 50 %;
• орехи - пальмовое масло, копра кокосов с массовым содержанием масла до 50 % ;
• плоды - оливки;
• листья - эвкалипт с массовым содержанием масла до 25%;
• сок растений - сок каучука;
• продукты переработки отходов растений — масла и растворители до 16 % сухой массы (например, скипидар, канифоль, маслянистые смолы и т. д.).

Возможна  организация ферм по производству агрохимических топлив на основе перечисленных выше растений. Вместе с тем получаемые таким образом продукты по своим  химическим свойствам могут быть гораздо ценнее, чем просто топливо.

В связи  с этим более предпочтительным представляется способ получения агрохимических топлив, который основан на культивировании  специализированных микроводорослей. Исследования возможности использования  микроводорослей в процессе экстракции топлив показали, что содержание в  них углеводородов - основного горючего компонента — может быть довольно значительным. Так, в сухих клетках  зеленой расы микроводоросли «ботриококкус браунии» содержится от 1 до 36 % углеводородов, а в сухих клетках коричневой расы - до 86 %. Предполагается, что залежи нефти обязаны своим происхождением предкам именно этих микроводорослей. Углеводороды, вырабатываемые «ботриококкус браунии», в основном локализованы на наружной поверхности клетки и могут быть удалены механическими методами. Оставшуюся биомассу можно подвергнуть гидрокрекингу, в результате которого получают 65 % газолина, 15 % авиационного топлива, 3 % остаточных масел.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

 

Биоэнергетические станции по сравнению с традиционными  электростанциями и другими не возобновляемыми источниками энергии  являются наиболее экологически безопасными. Они способствуют избавлению окружающей среды от загрязнения всевозможными отходами. Так, например, анаэробная ферментация – эффективное средство не только реализации отходов животноводства, но и обеспечения экологической чистоты, так как твердые органические вещества теряют запах и становятся менее привлекательными для грызунов и насекомых (в процессе перегнивания разрушаются болезнетворные микроорганизмы). Кроме того, образуются дополнительный корм для скота (протеин) и удобрения.

Городские стоки и твердые отходы, отходы при рубках леса и деревообрабатывающей промышленности, представляя собой возможные источники сильного загрязнения природной среды, являются в то же время сырьем для получения энергии, удобрений, ценных химических веществ. Поэтому широкое развитие биоэнергетики эффективно в экологическом отношении.

 

Однако  неблагоприятные воздействия на объекты природной среды при  энергетическом использовании биомассы имеют место. Прямое сжигание древесины  дает большое количество твердых  частиц, органических компонентов, окиси  углерода и других газов. По концентрации некоторых загрязнителей они  превосходят продукты сгорания нефти  и ее производных. Другим экологическим  последствием сжигания древесины являются значительные тепловые потери.

По  сравнению с древесиной биогаз –  более чистое топливо, непроизводящее вредных газов и частиц. Вместе с тем необходимы меры предосторожности при производстве и потреблении  биогаза, так как метан взрывоопасен. Поэтому при его хранении, транспортировке  и использовании следует осуществлять регулярный контроль для обнаружения  и ликвидации утечек. При ферментационных  процессах по переработке биомассы в этанол образуется большое количество побочных продуктов (промывочные воды и остатки перегонки), являющихся серьезным источником загрязнения  среды, поскольку их вес в несколько  раз (до 10) превышает вес этилового  спирта.

Неблагоприятные воздействия биоэнергетики на экологию:

• выбросы твердых частиц, канцерогенных и токсичных веществ;
• выброс тепла, изменение теплового баланса;
• обеднение почвенной органики, истощение и эрозия почв;
• взрывоопасность;
• большое количество отходов в виде побочных продуктов.

3.РАЗВИТИЕ БИОЭНЕРГЕТИКИ В РЕСПУБЛИКЕ  БЕЛАРУСЬ

 

В условиях Беларуси развитие биоэнергетики наиболее экономически целесообразно и технически осуществимо, так как биомасса –  вид топлива, которого у нас с  избытком и не использовать который  было бы  непростительной ошибкой.

Одним из альтернативных источников топлива  на основе возобновляемых биологических  источников является дизельное биотопливо из растительных масел, в том числе из масла рапса. Республика Беларусь располагает около 5 млн. гектаров пахотных земель, в том числе 25 процентов из них пригодны для выращивания рапса. Эффективное использование этого ресурса может обеспечить в перспективе производство 600–800 тыс. тонн дизельного биотоплива в год, то есть в значительной мере обеспечить внутренних потребителей биотопливом.

В последнее  время в ряде стран получило широкое  развитие производство твердых видов  топлива из растительной биомассы. В Республике Беларусь из отходов  переработки древесины производят топливные гранулы (пеллеты) открытые акционерные общества «Пинскдрев» и «Экогран. Вместе с тем ресурсы растительного сырья в республике позволяют радикально увеличить мощности по выпуску топлива из этого сырья. Помимо древесины для этого можно использовать солому зерновых культур и рапс.

Еще одним важным источником энергии  является биогаз. Располагая значительным сырьевым потенциалом для производства биогаза, прежде всего отходами крупных животноводческих комплексов и птицефабрик, Республика Беларусь пока существенно отстает от других стран в освоении биогазовых технологий. По оценкам Национальной академии наук Беларуси, энергетический потенциал биомассы отходов животноводческих комплексов и птицефабрик республики составляет около 450 тыс. тонн условного топлива в год. В настоящее время введены в эксплуатацию две установки на республиканском унитарном предприятии «Племптицезавод «Белорусский» (г.п. Заславль Минского района) и республиканском унитарном сельскохозяйственном предприятии «СГЦ «Западный» (Брестский район) с производительностью по выработке биогаза соответственно 1,2 и 1,7 млн. куб. метров в год. Фирмой «BIOGAS NORD» (Германия) произведены установка в г. Заславле и два биореактора объемом по 1500 куб. метров. В качестве сырья используется куриный помет (38,4 тонн/сутки) и жидкий навоз крупного рогатого скота (6,6 тонн/сутки). Завершена, но не введена в эксплуатацию установка в открытом акционерном обществе «Гомельская птицефабрика».

Начиная с 2008 года Национальная академия наук Беларуси осуществляет проект по созданию отечественных биогазовых установок. Реализация предлагаемой технологии позволит получать из органосодержащих стоков ферм крупнорогатого скота биогаз повышенной калорийности (24–26 МДж/куб. метров при содержании метана 70–75 процентов), который может быть использован для выработки электрической и тепловой энергии в когенерационном блоке, и высококачественные обеззараженные органоминеральные удобрения.

В Беларуси создана программа мероприятий по развитию. Их цель – разработка микробиологических и химических технологий получения различных видов биотоплива и создание их производства в Республике Беларусь.  Финансироваться они будут за счет средств республиканского бюджета, выделяемых на научную, научно-техническую и инновационную деятельность в установленном порядке, а также иных источников.

Задачи программы:

• создание системы производств дизельного биотоплива из рапсового масла;
• совершенствование технологии получения и организация производства биоэтанола;
• разработка технологии получения и организация производства топливного биобутанола;
• разработка технологии получения и организация производства топливных гранул из соломы злаковых культур и рапса;
• создание производства печных и котельных топлив, содержащих биодобавки;
• разработка технологии и оборудования для выработки биогаза.

В результате выполнения программы  ожидается:

• создание и внедрение в производство 5 новых технологий, 1 нового прибора, 2 технологических процессов;
• разработка технико-экономического обоснования производства топливного биоэтанола и биобутанола, топливных гранул из растительного сырья, отечественных установок для производства биогаза;
• выполнение поисковых проектов в целях исследования физико-химических, термодинамических и технических характеристик топлива из биомассы энергоинтенсивных культур, разработка технико-экономического обоснования целесообразности интродуцирования из мировой флоры и выращивания в республике биоэнергетических культур для получения различных видов топлива;
• создание и сертификация испытательного центра по контролю качества твердого и жидкого биотоплива, предлагаемого к использованию в Республике Беларусь для двигателей внутреннего сгорания;
• организация производства метиловых эфиров жирных кислот в открытых акционерных обществах «Гродно Азот» и «Могилевхимволокно», рапсового масла на унитарном конструкторско-производственном предприятии «Завод по переработке масличных культур».

Реализация  подпрограммы позволит к 2015 году обеспечить потребление дизельного биотоплива не менее 8 % и биотоплива для бензиновых двигателей не менее 12 % от общего объема топлива, используемого на транспортные нужды, экономить за счет производства топливных гранул из соломы и отходов древесины не менее 0,5 млн. тонн условного топлива, или около 6 процентов от общего объема энергопотребления в стране.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Ученые  считают, что если сохранятся нынешние темпы в биоэнергетике, то со временем нефть, уголь и газ не выдержат конкуренции. Отходы деревопереработки, химических производств, переработки сельскохозяйственной продукции, торфоразработок, полиграфической, пищевой и текстильной промышленностей могут быть превращены в высококачественное топливное сырье.

За  последние несколько лет биотопливо стало неотъемлемой частью мировой энергетической системы. Однако и с биотопливом не все так однозначно. Индустрия биотоплива становится все более обширной, и не получится ли так, что использование новых земель только для производства сырья для биотоплива приведет к массовой вырубке лесов для высвобождения сельскохозяйственных территорий. Да и в погоне за древесным биотопливом не лишится ли человечество лесов, оголяя окончательно планету?

Вывод напрашивается один: переход на биотопливо должен не ухудшать, а улучшать состояние окружающей среды, поэтому надо смотреть далеко вперед, чтобы не оборачиваться назад, как это часто бывает.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1.     Самойлов М.В., ПаневчикА.Н. «Основы энергосбережения: учебное пособие.» - Издательство БГЭУ. 2002.198с.

 

2.     Андрижиевский А.А., Володин В.И. « Энергосбережение и энергетический менеджмент: Учебное пособие.» – Издательство Вышэйшая школа. 2005. 294 с.

 

3.     Васильев Ю.С., Хрисанов Н.И. «Экология использования возобновляющихся энергоисточников.» – Издательство Ленинградского университета. 1991. 343 с.