Описание биоэнергетики и биоэнергетика в РБ
Введение
Энергетика – это область общественного производства, охватывающая энергетические ресурсы, выработку, преобразование, передачу и использование различных видов энергии.
В настоящее 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.
Первоначально в качестве
возобновляемого источника
Согласно прогнозам Мировой энергетической комиссии о перспективах использования возобновляемых источников энергии главенствующая роль принадлежит биомассе. К перспективным возобновляемым источникам энергии следует отнести также гидроэнергию, энергию ветра и Солнца.
Основной целью реферата является изучить сущность, проблемы использования, а также перспективы развития биоэнергетики в Республике Беларусь.
Основным методом исследования является анализ специальной литературы и интернет-ресурсов по данному вопросу.
1. Биоэнергетика. Историческая справка. Сущность понятия
Проблемы отыскания и
использования соответствующих
видов энергии всегда интересовали
людей, однако столь волнующими, как
сегодня они никогда не были. Повышенный
интерес к ним понятен. Мировое
потребление энергии стало
Когда же впервые появилась
биоэнергетика? Ученые связывают появление
биоэнергетики с началом
Биоэнергетика – это наука,
изучающая механизмы и
Биомасса – общая масса
растений, микроорганизмов и животных,
приходящаяся на единицу площади
или объема их обитания. Численно она
выражается в массе сырого или
сухого вещества (кг/м2; кг/га; кг/м3 и
т.д.). Биомассу растений называют фитомассой,
животных организмов – зоомассой. В
Государственной программе
Считается, что биомасса, которая является источником получения биотоплива, станет ключевым возобновляемым источником в будущем, ведь уже сегодня она дает 14% всей потребляемой энергии в мире.
Стоит отметить, что для
трех четвертей мирового населения,
которое живет в развивающихся
странах, биомасса также является самым
важным источником энергии. Ожидается,
что в связи с увеличением
численности населения и
2. Общая характеристика методов переработки биомассы
Сложный комплекс веществ, из которых состоят растения и животные, принято называть биомассой.
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: термохимический метод; биохимический метод; агрохимический метод.
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.
Классификация основных типов энергетических процессов, связанных с переработкой биомассы
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 такие последовательные фазы, как сушка, пиролиз (коксование) и собственно газификация топлива.
В зоне сушки происходит выпаривание
начальной влаги из поступающего
в газогенератор топлива за счет
остаточной теплоты уходящего
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 СЮ2 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
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
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:
Дрожжи
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:
1. • 95% – го этанола в модернизированных двигателях;
2. • 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
Подобный результат можно получить химическим путем без участия живых организмов в лабораторных условиях. Промышленного внедрения эти технологии еще не получили.
Агрохимический метод переработки биомассы
Экстракция топлив – процесс получения жидких или твердых топлив прямо от растений или животных.
Продукцию растений можно разделить на следующие категории:
1. • семена – подсолнечник с массовым содержанием масла до 50%;
2. • орехи – пальмовое масло, копра кокосов с массовым содержанием масла до 50%;
3. • плоды – оливки;
4. • листья – эвкалипт с массовым содержанием масла до 25%;
5. • сок растений – сок каучука;
6. • продукты переработки отходов растений – масла и растворители до 16% сухой массы (например, скипидар, канифоль, маслянистые смолы и т.д.). [7, с. 88–98]
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
Предполагается, что залежи
нефти обязаны своим
3. Экологическая характеристика
использования
Биоэнергетические станции по сравнению с традиционными электростанциями и другими невозобновляемыми 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
Неблагоприятные воздействия биоэнергетики на экологию:
− выбросы твердых частиц,
канцерогенных и токсичных
− выброс тепла, изменение теплового баланса;
− обеднение почвенной органики, истощение и эрозия почв;
− взрывоопасность;
− большое количество отходов в виде побочных продуктов (промывочные воды, остатки перегонки).
4. Перспективы развития биоэнергетики в РБ
Одним из альтернативных источников
топлива на основе возобновляемых биологических
источников является дизельное биотопливо
из растительных масел, в том числе
из масла рапса. За последние двадцать
лет в мире площади посевов
рапса расширились более чем
в четыре раза, а в Европе –
в десять раз. В странах Европейского
союза общая площадь посевов
рапса составляет около 7 млн. гектаров
при средней урожайности
Биоэтанол производится в
основном из сельскохозяйственной продукции,
содержащей углеводы. Топливный этанол
не содержит воду, но содержит метанол
и сивушные масла, что делает его
непригодным для питья. Наиболее
широко этанол используется в Бразилии,
где более 90 процентов автомобилей
с бензиновыми двигателями
Республика Беларусь располагает
около 5 млн. гектаров пахотных земель,
в том числе 25 процентов из них
пригодны для выращивания рапса.
Эффективное использование
Одним из перспективных направлений
развития топливной биоэнергетики
является создание производств биобутанола
– бутилового спирта, получаемого
из растительного сырья и
В последнее время в
ряде стран получило широкое развитие
производство твердых видов топлива
из растительной биомассы. Так, в Финляндии
и Швеции на долю топлива из биомассы
приходится до 20 процентов в общем
энергетическом балансе этих стран.
Существенный прогресс достигнут в
Австрии, Дании, Германии и других странах.
В Республике Беларусь из отходов
переработки древесины
Еще одним важным источником энергии является биогаз. В большинстве развитых стран переработка органических отходов в биогазовых установках используется в основном для производства тепловой энергии и электричества и составляет в среднем около 3–4 процента всей потребляемой энергии, достигая в отдельных странах до 15–20 процентов. В Германии насчитывается около 2000 больших установок анаэробного сбраживания. В Австрии более 120 биогазовых установок с объемами реакторов более 2000 куб. метров каждая, около 25 установок находятся в стадии планирования и постройки.
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. Проектом предусматривается создание и введение в эксплуатацию в IV квартале 2010 г. биогазовой установки общей энергетической мощностью 125 кВт по переработке 25 куб. метров навозных стоков в сутки с последующим ее внедрением на фермах крупнорогатого скота на 200–500 голов, свинофермах на 2–4 тыс. голов и птицефабриках до 50 тыс. птицы. Потребность республики в установках такого типа составляет не менее 650 единиц.
В Беларуси создана программа мероприятий по развитию биоэнергетики. 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:
1. создание системы производств дизельного биотоплива из рапсового масла;
2. совершенствование технологии получения и организация производства биоэтанола;
3. разработка технологии получения и организация производства топливного биобутанола;
4. разработка технологии получения и организация производства топливных гранул из соломы злаковых культур и рапса;
5. создание производства печных и котельных топлив, содержащих биодобавки;
6. разработка технологии и оборудования для выработки биогаза.
В результате выполнения программы ожидается:
1. создание и внедрение в производство 5 новых технологий, 1 нового прибора, 2 технологических процессов;
2. разработка технико-экономического обоснования производства топливного биоэтанола и биобутанола, топливных гранул из растительного сырья, отечественных установок для производства биогаза;
3. 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;
4. создание и сертификация испытательного центра по контролю качества твердого и жидкого биотоплива, предлагаемого к использованию в Республике Беларусь для двигателей внутреннего сгорания;
5. организация
производства метиловых эфиров жирных
кислот в открытых акционерных обществах
«Гродно Азот» и «Могилевхимволокно»,
рапсового масла на унитарном конструкторско-
Ввод в эксплуатацию 10 биогазовых установок мощностью 125 кВт позволит экономить в год не менее 9 млн. кВт•ч электроэнергии.
Экономический эффект в целом от реализации программы составит не менее 122 млн. долларов США в год (без учета экономического эффекта от создания крупнотоннажных производств биобутанола и биоэтанола). Реализация подпрограммы позволит к 2015 году обеспечить потребление дизельного биотоплива не менее 8 процентов и биотоплива для бензиновых двигателей не менее 12 процентов 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.
Развитие биоэнергетики в РБ также предопределено следующими обстоятельствами:
a. 1. Заинтересованность лесного хозяйства в потенциальном крупном и надежном потребителе большого объема отходов, топливной и неликвидной древесины, которые в настоящее время не находят сбыта;
b. 2. Социальной выгодой, когда в рамках создания новой отрасли будут созданы новые рабочие места;
c. 3. Экологическим эффектом, т.к. будут снижены выбросы диоксида углерода в атмосферу, оксидов серы и других загрязняющих веществ за счет замещения топливного мазута.
Конечной целью развития
биоэнергетики является создание собственного
топливно-энергетического
Заключение
Ученые считают, что если сохранятся нынешние темпы в биоэнергетике, то со временем нефть, уголь и газ не выдержат конкуренции. В бюджете Европейского союза на 2007–2013 гг. на развитие биоэнергетики будет потрачено до двух миллиардов евро. Отходы деревопереработки, химических производств, переработки сельскохозяйственной продукции, торфоразработок, полиграфической, пищевой и текстильной промышленностей могут быть превращены в высококачественное топливное сырье.
Среди европейских стран по производству биотоплива лидируют Швеция, Дания и Австрия, затем идут Германия, Норвегия, Финляндия и Англия. Они же являются и странами потребителями. В Дании уже приняты четыре государственные энергетические программы, которые дают эффективные результаты, где биомасса считается важным возобновляемым источником энергии. Во Франции с помощью построенных заводов по производству биологического горючего рассчитывают производить из свеклы и других сельскохозяйственных культур экологически чистое горючее. Часть стран использует рапсовое, кукурузное или подсолнечное масло после их переработки. Из каждой тонны рапса можно получить приблизительно 270 кг биотоплива для дизельных двигателей. В Бельгии уже есть заправки с топливом, которое состоит из 15% бензина и продукта, произведенного из свеклы и злаков. В некоторых странах кроме пищевых отходов собирают и отходы растительных масел, устанавливая специальные контейнеры, чаще всего около ресторанов, кафе, столовых…
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

- Описание венской конвенции
- Описание влияния государств на стимулирующие налогообложение в РФ
- Описание волновых процессов. Типы и свойства волн. Спектр и его анализ
- Описание выращивания и применения георгинов
- Описание газотермического напыления
- Описание «госплановского» Центрального района
- Описание гриль-бара
- Опиатная наркомания
- Описание Mathcad
- Описание автокрана и его уникальных характеристик
- Описание АРМ менеджера ООО фирмы «Консоль ЛТД»
- Описание Аурисана
- Описание бизнес процесса. Биржа труда
- Описание бизнес-процесса планирования и контроля эффективности сети