Состояние и перспективы использования биомассы как возобновляемого источника энергии

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

 

 

 

 

 

по дисциплине: Основы энергосбережения

 

на тему: «Состояние и перспективы использования биомассы как возобновляемого источника энергии»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Введение

Значение и перспективы развития возобновляемых и нетрадиционных видов энергии в современных условиях

Биогазовые технологии

Использование в энергетических целях древесного биосырья

и отходов сельскохозяйственного производства

Эффективность различного вида биотоплива

Подготовка древесного биотоплива к сжиганию

Пиролиз и газификация биотоплива

Вопросы логистики и планирования при использовании биомассы

Факторы, учитываемые при разработке логистики.

Заключение

Литература

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

В последние годы в  мире возникла большая заинтересованность в использовании биомассы для  выработки тепловой и электрической  энергии, ее вовлечение в топливно-энергетический баланс регионов и стран в целом. Об этом говорят многочисленные исследования в странах Европейского союза и США, направленные на выявление оптимальных путей использования биомассы в энергетике.

Интерес к широкому использованию биомассы определен следующими основными обстоятельствами:

1. Экологическими, связанными  с необходимостью решения, в  том числе, глобальных климатологических задач.

2. Необходимостью снижения  потребления невозобновляемых источников  энергии (газ, нефть, уголь), активно истощаемых в обозримом будущем, и заменой их возобновляемыми источниками.

Масштабное использование  природных энергетических ресурсов для производства энергии на тепловых электрических станциях приводит к  значительному загрязнению природной окружающей среды такими вредными выбросами в атмосферу, как диоксид углерода (СО₂), оксиды серы (SO₂ и др.), азота (NО_х), а также твердой пылевзвеси. Обычный каменный уголь выделяет, например, около 3 т СО₂ на каждую тонну сожженного топлива. В то же время такой выброс, как СО₂, является основным компонентом парникового газа. Несмотря на то, что климатологи мира не могут окончательно договориться о причинах глобального потепления (за 100 лет на 0,6 °С, а по различным сценариям к концу столетия температура на планете может возрасти на 1,5…2 и даже 6 °С) международными экологическими протоколами на уровне ООН для стран–производителей энергии устанавливаются ограниченные квоты на массовые выбросы СО₂. Такие протоколы приняты в Монреале, Рио-де-Жанейро и Киото. Известно, что доля США, например, составляет 35 % мировых выбросов углекислого газа.

Киотский протокол предусматривает  добровольное обязательство стран  с развитой экономикой с 2008 по 2012 годы увеличивать выбросы СО₂ не более 5,2 % по сравнению с уровнем 1990 г.  

 

Значение и перспективы развития возобновляемых и нетрадиционных видов энергии в современных условиях

На современном этапе  развития производства при существующих техногенных нагрузках на окружающую среду чрезвычайно важным является взаимосвязанное развитие экономики, энергетики и экологии. Оздоровление воздушного и водного бассейнов должно идти в направлении создания экологически чистых технологических процессов и производств. Кроме этого, в последние годы большую актуальность приобрели и вопросы энергетической безопасности. Известно, что проблемы энергетики Республики Беларусь возникли как по причине нехватки энергии и топливно-энергетических ресурсов, так и вследствие общего состояния хозяйства страны. Беларусь на единицу валового внутреннего продукта затрачивает энергии почти в 10 раз больше, чем развитые страны. Страна импортирует более 85 % энергоносителей, что поглощает до 90 % валютных резервов. При этом 30 % импортируемых энергоресурсов расходуется на отопление зданий и сооружений. Один день отопительного сезона обходится бюджету республики примерно в 1 млн $ США. Известно, что потери только тепловой энергии на централизованных сетях теплообеспечения и горячего водоснабжения составляют от 45 до 60 %. Низкое качество строительных, административных и жилых зданий увеличивает эти потери еще на 15-20 %, т. е. потребитель, получая всего 20-25 % тепловой энергии, оплачивает государству 100 % затрат за централизацию теплообеспечения. Таким образом, решение стоящих перед нашей страной экологических и энергетических проблем может быть осуществлено за счет повышения энергоэффективности всех отраслей экономики и увеличения объемов применения местных и возобновляемых видов топлива. Использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в мировой практике отнесено к числу важнейших факторов, обуславливающих развитие энергетики. Интерес к этому виду энергии во всем мире обусловлен их неисчерпаемостью.

Уровень использования технического потенциала возобновляемых источников энергии зависит от ряда особенностей: низкая концентрация и малая плотность энергетического потока; локальный характер использования, определяемый географическими и климатическими условиями местности; неравномерность поступления энергии во времени; отсутствие достаточно надежных, технически совершенных экономичных технических средств переработки возобновляемых источников энергии. Интенсивность работ по вовлечению возобновляемых источников энергии в энергобалансе зависит от колебаний цен на традиционные источники энергии, главным образом на нефть. Она еще некоторое время, по крайней мере, до середины XXI в., будет играть важную роль в энергообеспечении, сохраняя первое место в энергобалансе США, Японии, России и других стран Западной Европы и Азии. Тогда как, например, такой трудно преобразуемый нетрадиционный вид энергии, как солнечная энергия, займет в США и Японии пятое место в энергобалансе, в странах Западной Европы - седьмое. Общая доля возобновляемых источников энергии возрастет от фактических в 1997 г. (0,2 %) до 10 (15 %) в 2020 г.

Возможные масштабы освоения этих источников энергии к 2020 г. эквивалентны замещению 2500 млн. тонн органического топлива в условном исчислении. Стратегия использования возобновляемых источников энергии на перспективу до и после 2020 г. заключается в замене ими децентрализованных и малоэффективных установок в удаленных районах и сельской местности (дизель-генераторы, отопительные системы на жидком и твердом топливе и др.). Эти источники энергии могут найти широкое применение в индивидуальном хозяйстве городского и сельского населения. Сопоставление затрат и окупаемость традиционной и возобновляемой энергетики на расчетный период не дает особых преимуществ какому-либо конкретному виду производства энергии. Сложности скрываются лишь в энергоресурсах. Однако с развитием уровня производства возобновляемой энерготехники и уменьшением запасов традиционных ископаемых энергоресурсов баланс уже к 2050 г., несомненно, склоняется к солнечной, ветровой, водной и биоэнергетике.

Заметно возрос государственный вклад в разработки технологий использования возобновляемой энергии в Италии, Японии, Испании и Германии после катастрофы на Чернобыльской АЭС. Так, в Греции более 63 % ассигнований, выделенных на исследования и разработки в области энергетики, направлены на возобновляемые энергоресурсы, в Швеции - 21,8 %, в Испании - 27,6 %. в США уделяется большое внимание включению в общий энергобаланс возобновляемой энергетики. Этому способствовало не только повышение цен на нефть и нефтепродукты, но также широкая реклама в прессе, финансовая поддержка и льготы в области налогообложения. При этом учитывается, что кроме экономии замещаемого органического топлива очевидным и в большинстве случаев решающим фактором является экологически чистая технология получения энергии при использовании возобновляемых источников энергии.

При существующем уровне развития промышленности в развитых странах мира (по данным Института наблюдения за мировым прогрессом в США) стоимость электроэнергии, вырабатываемой от различных источников, неуклонно приближается к возобновляемой энергетике. Развитие использования возобновляемой энергетики в большинстве стран мира идет в направлении повышения технической надежности оборудования, а также разработки новых технологий и материалов, что требует углубленных научных исследований с последующей экспериментальной проверкой новых технологий и оборудования.

Наиболее перспективным направлением использования в ИЭ в республике является применение биомассы в качестве источника энергии. Предельные возможности республики по использованию дров в качестве топлива можно определить, исходя из естественного годового прироста древесины, который приближенно оценивается в 25 млн м³, или 6,6 млн т условного топлива (т у. т.) в год, в т. ч. в загрязненных районах Гомельской области - 20 тыс. м³ или 5,3 тыс. т у. т. Биомасса имеет хорошие экологические показатели: малое содержание серы и золы, возможность использования остатков в виде удобрений. Существенные проблемы создает лишь необработанная биомасса, которая находится в виде осадков, получаемых после очистки сточных вод, отходов сельскохозяйственного производства, животноводческих комплексов, птицефабрик, твердых бытовых отходов и т. д. Поэтому получение энергии из биомассы имеет двойной экологический эффект: с одной стороны, вырабатывается энергия, для получения которой потребовалось бы эквивалентное количество органического топлива, с другой стороны, уничтожаются или приводятся в пригодное для применения состояние, например, в качестве удобрения, бросовые отходы биологического происхождения, которые угнетают окружающую среду. Из других негативных воздействий на окружающую среду при применении биомассы следует отметить повышенную запыленность воздуха в местах заготовки и сжигания древесного сырья [Позняк, С. С., 2006]. Как один из значительных недостатков, отмечаемых жителями регионов с интенсивным использованием древесного биосырья в Австрии, указываются также неудобства, доставляемые им повышенным шумом от грузовиков, перевозящих топливо для котельных.

Большую перспективу, с экологической и экономической точек зрения, имеет выращивание быстрорастущих древесных культур с целью использования в качестве источника топлива, особенно на площадях выработанных торфяных месторождений, на которых отсутствуют условия для произрастания сельскохозяйственных культур.

Чистое рапсовое масло может использоваться в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания. Если рапсовое масло этерефицируется, то возникает метило-эфир, известный под названием биодизель, который как регенеративное горючее можно использовать почти во всех видах дизельных моторах. Биодизельное топливо имеет значительные преимущества с точки зрения выбросов углекислого газа. По сравнению с дизельным топливом выбросы СО₂ при биодизельном топливе примерно на две трети меньше, при использовании чистого рапсового масла они еще меньше.

Рапс для производства биодизельного топлива в Германии возделывается, как правило, на площадях, лежащих под паром. Площади возделывания рапса, однако, ограничены и позволяют в ФРГ покрыть только 8 % от общей потребности в дизельном топливе.

Одним из источников местных энергетических ресурсов являются коммунальные отходы. Содержание органического вещества в бытовых отходах составляет 40-75 %, углерода - 35-40 %, зольность - 40-70 %, горючие компоненты в бытовых отходах составляют 50-88 %, теплотворная способность ТБО - 800-2 000 ккал/кг. В мировой практике получение энергии из коммунальных отходов осуществляется несколькими способами: сжиганием, активной и пассивной газификацией. Наиболее перспективна газификация, т. к. в случае прямого сжигания возникают экологические проблемы с выбросами токсичных газов, для решения которых требуются инвестиции, двукратно превышающие стоимость самих сжигающих установок.

В Республике Беларусь ежегодно накапливается около 2,4 млн. тонн твердых бытовых отходов, которые направляются на свалки и два мусороперерабатывающих завода (Минский и Могилевский), на которые ежегодно вывозится, тыс. тонн в год: бумаги - 648,6; пищевых отходов -548,6; стекла - 117,9; металла - 82,5; текстиля - 70,8; дерева - 54,2; кожи и резины - 47,2; пластмассы - 70,8. Потенциальная энергия, заключенная в твердых бытовых отходах, образующихся на территории Беларуси, равноценна 470 тыс.  т. у. тонн. При их биопереработке с целью получения газа эффективность составит не более 20-25 %, что эквивалентно 100-120 тыс. т у. т. Кроме того, необходимо учитывать многолетние запасы ТБО, которые имеются во всех крупных городах и создают проблемы при складировании и дополнительную нагрузку на окружающую среду.

Только по областным городам переработка ежегодных коммунальных отходов в газ позволила бы получить биогаза около 50 тыс. т у. т., а по г. Минску - до 30 тыс. т у. т. Эффективность этого направления следует оценивать не только по выходу биогаза, но и по экологической составляющей, которая в данной проблеме будет основной. Конкретные показатели эффективности могут быть получены на основании детальных проектных проработок, создания и эксплуатации опытно-промышленного полигона.

Биогазовые технологии

Беларусь - это республика с высокоразвитым аграрным сектором. Особенно велик удельный вес в нем животноводства и птицеводства. В стране насчитываются сотни крупных животноводческих комплексов, на базе которых ежегодно образуются миллионы тонн отходов. эти отходы (практически без их предварительной обработки) сбрасываются на поля как удобрения. Однако, помимо пользы, они одновременно наносят значительный экологический ущерб. Размываясь снеговыми и ливневыми водами, навоз с полей, а также необезвреженные воды предприятий животноводства, в особенности свиноводческих ферм, попадают в водоемы. Такие сточные воды содержат большое количество биогенных элементов, среди которых находятся фосфор и азот, способствующие массовому развитию водорослей.

Биогазовые установки преимущественно используются на сельскохозяйственных предприятиях. Навоз и фекалии домашних животных доставляются сначала в выгребную яму, в которой твердые куски (составные части) измельчаются для того, чтобы появилась гомогенная смесь (субстрат). Эта масса на втором этапе накачивается в герметически изолированный и подогреваемый бродильный резервуар (ферментер). в ферментере анаэробные бактерии разлагают без доступа воздуха органические субстанции и производят газ. Перебродивший субстрат (смесь) снова накачивается в резервуар для жидкого навоза (рис. 56). Биогаз содержит около 65 % углекислого газа. Его энергетическая мощность от 6,0 до 6,5 кВтч на 1 м³ (для сравнения у природного газа - около 9,8 кВт-ч на 1 м³). Добыча биогаза сильно зависит от состава субстрата и длительности его нахождения в ферментере. Опыты показывают, что твердый и полужидкий навоз одной большой единицы крупного рогатого скота (~ 500 кг весом) производит в день от 1,0 до 1,5 м3 биогаза. От 20 до 40 % из этого используются, чтобы подогреть ферментер до оптимальных для бактерий (около 35 ⁰С) температур [Позняк, С. С, 2007].

Предприятие, имеющее 120 коров, может получать в день приблизительно до 100 м³ биогаза (нетто), что за год обеспечивает получению энергии, которую можно получить приблизительно из 23 тыс. л нефти. рентабельность биоустановки зависит от многих факторов, но она в принципе выше в том случае, если установка имеет достаточно большие размеры. при существующих рамочных ограничениях биоустановка может быть экономичной, если перерабатывается навоз более чем 100 голов крупного рогатого скота (например, коров).

Биоустановки используются не только из-за энергетической выгоды, они дают в итоге специальные преимущества для сельского хозяйства. так, благодаря брожению качество органических удобрений улучшается, и они лучше усваиваются растениями. субстрат становится при этом гомогенным и в результате лучше распределяется. возрастающее значение приобретает также использование биологических отходов и канализационных отходов, особенно жирных и содержащих масло (например, жир из фритюрницы). Добавление их в биоустановку решает не только проблему захоронения, но и значительно повышает тем самым производство биогаза. отходы животноводства и особенно птицеводства являются ценными энергетическим сырьем, на базе которого в специальных установках может быть произведен биогаз с теплотой сгорания 5 500 ккал/г (23 045 кДж/кг). энергетический потенциал этого энергоресурса в Республике Беларусь оценивается на уровне около 1 млн т у. т.

Как известно, полученный из отходов животноводства биогаз содержит несколько процентов сероводорода, который оказывает вредное воздействие на окружающую среду при его сжигании. Расчеты показывают экономическую выгодность извлечения сероводорода и переработки его в полезную продукцию. То же можно сказать и относительно углекислого газа, удельный вес которого составляет до 25 %. Извлекая его, можно организовать производство углекислоты, имеющей высокую ценность и используемой в пищевой промышленности, в первую очередь для приготовления сухого льда.

Экологический эффект производства энергии на базе биогаза не ограничивается только получением экологически чистого удобрения. Произведенная энергия замещает энергию, вырабатываемую на тепловых электростанциях и котельных, работающих на природном газе, мазуте и угле. Биогаз, замещая традиционные виды топлива, сокращает объем их использования на существующих электростанциях и котельных и тем самым улучшает экологическую обстановку .

Для утилизации отходов животноводства применяется анаэробная обработка, которая осуществляется в закрытых герметических емкостях (метантанках). Процесс сбраживания навоза осуществляется при температуре от 30 до 60 °C, после которого возможно получение удобрений и биологического газа. Выделение газов зависит от состава навоза и режимов сбраживания. В настоящее время биогазовые установки, перерабатывающие в основном отходы животноводческих ферм, получили наиболее широкое распространение в таких странах, как ФРГ, Франция, Италия, Швейцария, Бельгия, Швеция. В биогазовых установках, используемых для переработки отходов сельскохозяйственного производства, в основном применяется обычная одноступенчатая схема, а на промышленных установках, перерабатывающих стоки -более современные технологии, включающие подготовку массы к сбраживанию и стабилизацию вводимых в реактор микроорганизмов.

В США эксплуатируется ряд крупных биогазовых заводов и животноводческих комплексов с биогазовыми установками, а также строятся новые предприятия аналогичного назначения. Разработан проект биогазового завода для обслуживания трех откормочных комплексов с общим поголовьем 110 тыс. голов крупнорогатого скота (КРС), на которых предполагается ежедневно получать из 500 т навоза 43,2 тыс. м³ очищенного метана теплотворной способностью 9 330 ккал/м³, а также протеиновые кормовые добавки и азотсодержащие органические компоненты.

На откормочном предприятии в штате Калифорния построена установка для переработки навоза на ферме по откорму 30 тыс. голов КРС предварительно экскременты, собранные с откормочной площадки, подаются в смеситель-дозатор, где смешиваются с водой до концентрации примерно 8 %. из смесителя жидкость подается в два метантенка в количестве 756 м³/сут. Для обогрева реакторов установлен теплообменник. вода нагревается путем сжигания биогаза или пропана, или использования солнечного коллектора. солнечный коллектор включает 25 секций размером 0,6*3,6 м с общей площадью 54 м² с зеркальной поверхностью, панели наклонены под углом 45°, чтобы получать максимальную солнечную энергию в зимние месяцы.

Во Франции на крупном свиноводческом комплексе, рассчитанном на одновременное содержание и выращивание 22 тыс. трехнедельных поросят до живой массы 20-22 кг, введен в эксплуатацию комплекс сооружений для анаэробной обработки навозных стоков. Жидкие стоки в объеме 120 м³/сут. из зданий свинарников поступают в заглубленный навозосборник, откуда их наносом подают в метантанк диаметром 16 м, высотой 8 м. после брожения в метантанке и необходимой до-очистки стоков получают условно чистую воду, пригодную для использования в системе оборотного водоснабжения комплекса, в том числе для поения животных. Выработанный биогаз используется двумя двигателями внутреннего сгорания, которые обеспечивают вращение двух генераторов мощностью по 69 Вт, вырабатывающих электроэнергию в количестве 2 500 кВт-ч/сут. Часть ее (1 500 кВт-ч) расходуется на поддержание процесса очистки стоков, а 1 000 кВт-ч используют для нужд комплекса (отопление и вентиляция производственных зданий, а также жилых помещений для обслуживающего персонала и т. п.).

  Подавляющая часть биогазовых установок, действующая в западноевропейских странах, работает в режиме, когда сбраживание осуществляется при температуре 35 °C. Однако в Японии, ФРГ и Швейцарии намечается тенденция к использованию процессов брожения, протекающих при температурах окружающей среды. по мнению западных экспертов, это направление, являясь достаточно экономичным, может получить дальнейшее развитие в ближайшей перспективе. использование процессов для осуществления биоферментации отходов при температуре 50-55 °C («Биосистем», Швеция) редко встречается в сегодняшней практике. Распространению технологии метанового сбраживания препятствует высокая стоимость и сравнительно низкая производительность биоэнергетических установок.

Результаты испытаний установок для производства биогаза из отходов животноводческих комплексов подтвердили требование комплексной оценки их эффективности, так как их использование только для получения биогаза экономически невыгодно в сравнении с другими видами топлива (табл. 1).

Таблица 1

Выработка биогаза и энергетический эквивалент при сбраживании различных сельскохозяйственных культур и бытовых отходов

Вид сырья	Выход биогаза в м3 с 1т сухих веществ	Эквивалент в кг. у. т.
Навоз крупного рогатого скота	200-40	160-320
Навоз свиней	до 600	до 480
Помет птицы	до 660	до 530
Ботва, травы	400-600	320-480
Солома злаковых	300-400	240-320
Коммунально-бытовые стоки городов и поселков	300-400	240-320
Твердые бытовые отходы городов и поселков городского типа	300-400	240-320
Отходы пищевой, мясомолочной, микробиологической промышленности	300-600	240-480
Сорняки	280	225
Силосные отходы	250	200

Основная составляющая эффекта состоит в том, что без дополнительных энергетических затрат можно получить экологически чистое высококачественное органическое удобрение и вследствие этого пропорционально сократить энергоемкое производство минеральных удобрений. Попутное применение биогазовых установок, как уже упоминалось, позволит существенно улучшить экологическую обстановку вблизи крупных ферм и животноводческих комплексов, а также на территориях, куда в настоящее время сбрасываются отходы животноводства, снизить затраты на экологические платежи.

Принципиально новым направлением может быть использование биогазовых установок на канализационных станциях крупных населенных пунктов, дающее возможность на 60-70 % сократить собственные нужды этих станций в энергоносителях.

Оценки свидетельствуют, что годовая потребность в биогазе для обогрева жилого дома составляет около 45 м³ на 1 м² жилой площади, суточное потребление при подогреве воды для 100 голов КРС - 5-6 м3. Потребление биогаза при сушке сена (1 т) влажностью 40 % равно 100 м3, 1 т зерна - 15 м3, для производства 1 кВт-ч электроэнергии -0,6-0,7 м3. Приведенные данные показывают на возможность выбора оптимального количества животных и птиц, а также оборудования для обеспечения комфортных условий труда и быта. Практическое решение этих вопросов требует комплексного учета всех факторов.

Потенциально возможное получение товарного биогаза от всех источников оценивается в 160 тыс. т у. т. в год. В республике насчитывается свыше 6 300 комплексов КРС, свыше 100 свиноводческих комплексов, 48 птицеводческих комплексов, на которых ежегодно можно производить 1,7 млрд. м³ биогаза. Кроме того, как уже упоминалось, существует способ получения биогаза путем переработки твердых бытовых отходов. Если принять срок переработки накопленных в республике отходов - 15 лет, то ежегодная возможная выработка составит 350 млн. м³ биогаза.

Использование в энергетических целях древесного биосырья и отходов сельскохозяйственного производства

В 1995 г. в Европе на долю возобновляемых источников энергии (ВИЭ) приходилось 74,3 млн. тонн нефтяного эквивалента (т н. э., QHP = 41,9 МДж/кг), или около 6 % общего потребления первичных энергоносителей (ОППЭ). Из них на долю биомассы приходилось 44,8 млн. тонн н.э. (60 % общего вклада ВИЭ). Планируется, что к 2010 г. в Европе за счет ВИЭ будет производиться 182 млн. тонн н.э., что соответствует 12 % ОППЭ (табл. 2). При этом доля биомассы возрастет до 135 млн. тонн н.э. (74 % общего вклада ВИЭ).

Таблица 2

Выработка энергии из ВИЭ в странах ЕС

Тип ВИЭ	Выработка энергии, млн т н.э.		Общие капитальные затраты в 1997-2010 гг., млрд долл.	Снижение выбросов СО2 к 2010 г., млн т/год
	1995 г.	2010 г.
Ветроэнергетика	0,35	6,90	34,56	72
Гидроэнергетика	26,40	30,55	17,16	48
фотоэлектрическая энергетика	0,002	0,26	10,80	3
Биомасса	44,80	135,00	100,80	255
Геотермальная энергетика	2,50	5,20	6,00	5
Солнечные тепловые коллекторы	0,26	4,00	28,80	19
Всего	74,30	182,00	198,12	402

По оценкам, вклад биомассы в комбинированную выработку тепла и электроэнергии (КТЭ) в странах ЕС может достигать 26 млн. тонн н.э., что соответствует общей установленной мощности 20 гвтэ, или 60 гвтт. Для наращивания мощности установок, работающих на биомассе, до указанного уровня требуется 5300 млн. долларов. при этом удельные капитальные затраты в среднем предполагаются 530 долл./кБт.

Древесина является наиболее широко используемым видом биомассы для выработки тепловой и электрической энергии. В странах ЕС количество энергии, полученной из твердой биомассы (в основном древесной), составляет в настоящее время около 3,0 %. Целью энергетической политики стран ЕС является увеличение этого показателя до 5,5 % в 2010 г. На долю древесного сырья приходится около 90 % общего количества энергии, полученной из биомассы в странах ЕС.

В Скандинавских странах (Финляндия, Швеция, Дания), как и в Австрии, Германии (Бавария) и северной Италии, в последние годы значительно возросло количество древесной биомассы, используемой в энергетических целях. В табл. 3 приведены данные об использовании и перспективах древесного топлива в некоторых странах.

Таблица 3

Доля древесной биомассы в некоторых странах

Показатель	Финляндия	Швеция	Австрия	Дания
Территория, покрытая лесом, %	65	54	46	12
ОППЭ, млн. т н.э.	29,8	39,7	22,4	16,2
Древесная биомасса (включая черный щелок) в ОППЭ, млн. т н.э. / %	5,1/17	5,9/15	2,0/8,9	0,37/2,3
Структура древесной биомассы, %:
- топливная древесина	22	31,9	50,4	Нет данных
- промышленные древесные отходы	23	23,2	31,5	Нет данных
- черный щелок	55	44,9	18,1	-
Перспективы использования древесной биомассы в 2020 г. (без учета черного щелока), млн.т н.э.	5,2	9,0	5,5	0,5

Стратегия сжигания древесной биомассы в странах Европы существенно различается. Австрия концентрирует свои усилия на создании тепловых станций мощностью 0,5-10,0 МБт, использующих в качестве топлива отходы лесопильного производства (кору, стружки, опилки) и древесную щепу. Б Дании, Швеции и Финляндии около 70 % полученной из биомассы тепловой энергии вырабатывается на станциях, остальная - на небольших тепловых станциях. В большинстве случаев станции КТЭ используют в качестве сырья смесь биомассы и традиционных видов топлива, номинальная мощность котла на этих станциях - 10-80 МВт..

Эффективность различного вида биотоплива

В табл. 4 приведены типичные характеристики различных видов биомассы как топлива. Основными химическими элементами, входящими в состав древесной щепы, являются, % (мае.) по сухому веществу: углерод - 50, кислород - около 40, водород - 5-7. Концентрация азота составляет менее 1 %, хлора и серы - менее 0,1, зольность - около 1 %. Низшая теплота сгорания 10,5 МДж/кг при влажности 40 %.

Древесную биомассу как топливо разделяют на несколько групп в соответствии с ее происхождением: специально заготавливаемая в лесу топливная древесина, отходы лесозаготовок, отходы деревообработки, отходы целлюлозно-бумажной промышленности, городская древесина, специально выращиваемые быстрорастущие плантации. Древесная щепа может быть получена из деловой древесины, из деревьев, срубленных при прореживании молодых насаждений и рубках ухода в старых насаждениях, из отходов лесозаготовки (вершинки, сучья, ветви). В группу отходов деревообработки входят древесные отходы, образующиеся при промышленной обработке древесины (обрезки, кора, опилки, стружки и т. п.).

Наиболее широко распространенным отходом целлюлозно-бумажной промышленности является черный щелок, который образуется в процессе щелочной и сернокислотной обработки древесины и содержит около 23 % твердых веществ. При выпаривании черного щелочного раствора содержание твердых веществ возрастает до 45-70 %. Состав твердых веществ раствора: углерод - 42,6 %, кислород - 31,7, натрий - 18,3, водород - 3,6, сера - 3,6, минеральные оксиды - 0,2 %. Теплота сгорания сухого веществ — 15,4 МДж/кг.

Основная часть городской древесины (из парков и т. п.) в европейских странах используется для обогрева индивидуальных жилых домов. Остаток измельчается в щепу и продается как топливо. Качество щепы, полученной из парковой древесины, ниже качества лесной щепы. Кроме того, количество парковой древесины невелико, и она рассредоточена.

Для получения древесного топлива в последнее время начинают использоваться также специально выращиваемые быстрорастущие плантации (ива, тополь, эвкалипт). Например, срезание ивовых деревьев производится через каждые 3-4 г. Через год после срезания наблюдается максимальный прирост растений - 10-11 т/га. Деревца измельчаются в щепу размером от 40 до 200 мм. ивняк как сырье для прямого сжигания отличается от лесной древесной щепы несколько меньшей теплотой сгорания (QB = 18,3 МДж/кг) и большим содержанием Са, К и Р, вследствие чего зольность у ивняка немного больше - 1,4 % (мас.) по сухому веществу.

Таблица 4

Характеристики различных видов биомассы как топлива

Бид биомассы	Влажность*,	Теплота сгорания, кБт-ч/кг		Объемная плотность*,	Энергетическая
	%	высшая**	низшая*	кг/м3	плотность, кБт-ч/мз
Древесные гранулы	10,0	5,5	4,6	600	2756
Древесная щепа твердых пород	50,0	5,5	2,2	450	1009
То же, просушенная***	30,0	5,5	3,4	320	1094
Древесная щепа мягких пород	50,0	5,5	2,2	350	785
То же, просушенная***	30,0	5,5	3,4	250	855
Трава****	18,0	5,1	3,8	200	750
Кора	50,0	5,6	2,3	320	727
Хлебные злаки****	15,0	5,2	4,0	175	703
Древесные опилки	50,0	5,5	2,2	240	538
Солома озимой пшеницы****	15,0	5,2	4,0	120	482