Обеспечение населения дешевой энергией путем утилизации отходов сельского хозяйства

Обеспечение населения дешевой энергией путем утилизации отходов сельского хозяйства

Автор: ученица 9-класса Сейдулла Акерке

Научный руководитель: учительница физики Каримова Айгерим

Введение

До недавнего времени по целому ряду причин, прежде всего из-за огромных запасов традиционного энергетического сырья, вопросам развития использования возобновляемых источников энергии в энергетической политике Казахстана уделялось сравнительно мало внимания. В последние годы ситуация стала заметно меняться. Необходимость борьбы за лучшую экологию, новые возможности повышения качества жизни людей, участие в мировом развитии прогрессивных технологий, стремление повысить энергоэффективность экономического развития, логика международного сотрудничества – эти и другие соображения способствовали активизации национальных усилий по созданию более зеленой энергетики, движению к низкоуглеродной экономике.

Задача

Я живу в небольшом селе. В нашем селе много внимания уделяется на развитие сельского хозяйства. У нас выращиваются высококачественный рис и кормы для животноводства. А также в нашем селе есть ферма КРС, в каждом доме водятся различные домашние животные. Перед собой я поставила цель – обеспечить наше село теплом и дешевой электроэнергией путем утилизации отходов хозяйства.

Наши дома и наша школа отепляются углем и электроэнергией. Ежегодно на отопление только одной нашей школы расходуются около 180-190 тонн угля. Запасы угля на планете еще очень велики и его хватит на многие десятки лет. Однако уголь оказывает весьма серьезные последствия на окружающую среду. Прежде всего, его добыча (открытым или подземным способом) является весьма дорогостоящей и заметно влияет на окружающую экосистему.

С другой стороны, использование угля ведет к серьезному загрязнению окружающей среды:

1. выделение SO2 при сжигании угля поступает в атмосферу, вступает в реакцию с водой и образует серную кислоту (основа кислотных осадков);
2. при сжигании угля в воздух уходит масса ныли и взвешенных частиц, влияющих на дыхательную систему организма;
3. выделяются оксиды азота;
4. получаемые при сжигании угля отходы содержат в небольших количествах ртуть, мышьяк, свинец;
5. угольные отходы содержат некоторые радиоактивные вещества;
6. при сжигании угля выделяется в большом количестве углекислый газ (на 1 кг угля почти 3 кг СО2), определяющий парниковое воздействие на планету.

Все это свидетельствует о том, что добыча и использование угля несет с собой деградирующее воздействие на природу и весьма отрицательно влияет на здоровье людей.

Решение

 При рассмотрении энергетического потенциала к биомассе относят все формы материалов растительного происхождения, которые могут быть использованы для получения энергии: древесину, травяные и зерновые культуры, отходы лесного хозяйства и животноводства и т.д. Поскольку биомасса представляет собой твердое топливо, ее можно сравнивать с углем. Теплотворная способность сухой биомассы составляет около 14 МДж/кг. Аналогичное значение для каменного угля и лигнита составляет 30 МДж/кг и 10-20 МДж/кг (см. таблицу далее). В момент образования (сбора урожая) биомасса содержит большое количество воды, от 8 до 20% в пшеничной соломе, 30 - 60% в древесине, до 75 - 90% в навозе сельскохозяйственных животных и 95% в водном гиацинте. В противоположность этому, влажность каменного угля находится в диапазоне от 2 до 12%. Поэтому плотность энергии в биомассе на этапе возникновения ниже, чем у каменного угля. С другой стороны, биомасса имеет преимущества с точки зрения химического состава. Зольность биомассы значительно ниже, чем угля. Кроме того, в золе биомассы обычно не содержатся тяжелые металлы и другие загрязнители, поэтому она может вноситься в почву в качестве удобрения.

Энергетическая емкость - сравнительная таблица 

Я предлагаю использовать оборудование для утилизации отходов сельского хозяйства (навозов, соломы, птичьего помета, шелухи).

Локальный энергетический комплекс (ЛЭК). Применяемые уникальные технические решения позволили создать технологическую линию с нулевым выбросом, перерабатывающую разные виды отходов животноводства - навоз свиноферм, навоз рогатого скота с разной влажностью, вплоть до 90%. Автономные, модульные, мобильные, в габаритах 6 и 12-ти метрового морского контейнера – установки не требуют подключения к инженерным сетям, сложных подготовительных строительных работ и пуско-наладки. Конструкция ЛЭК предусматривает трехкратную гарантию бесперебойности работы Комплекса: суточным запасом топлива, дублированием основных агрегатов с возможностью попеременного отключения для профилактики и оборудованием газгольдера или расходным ресивером для хранения резервного топлива опционально.

Описание технологического процесса переработки Навоза модулем ЛЭК-4500Н с получением электрической и тепловой энергии

Основные технические характеристики модуля ЛЭК-4500Н электрической мощностью 2,3 МВт

Узел приема подготовки сырья размещается в первых двух контейнерах и включает:

1. модуль приема исходного сырья;
2. модуль сушки;
3. транспортер подачи сырья на брикетирование;
4. брикетирование;
5. бункер хранения подготовленного сырья.

Конструкцией предусматривается полностью герметичная линия приема и подготовки сырья с момента поступления отходов на переработку, что исключает распространение неприятных запахов.

Основные преимущества реакторов:

• Один реактор перерабатывает 500 кг навоза в час при влажности до 65%. При снижении влажности сырья производительность реактора может достигать 750 кг сырья в час.
• Модуль комплекса включает пять реакторов общей производительностью 2 570 кг сырья в час, вырабатывающий 4 112 м3 горючего газа в час с тепловым эквивалентом 6 612 КВт.
• Синтез-газ, производимый реакторами пригоден для подачи в дизель-генератор, модифицированный для работы на газе или для сжигания в водогрейном котле.
• Синтез-газ, производимый реакторами пригоден для сжигания в газовой горелке типа ВНК-16ВА.
• Высокий КПД конверсии углерода - до 95%, позволяющий перерабатывать материалы с малым содержанием горючих составляющих (с зольностью до 40%) или с высокой влажностью (до 65%);
• Благодаря низкой температуре отбираемого газа и обращенному процессу газификации образование окислов азота, серы, хлора или фтора идет не активно, и содержание вредных веществ находится в пределах ПДК;
• Сера присутствует в газе в восстановленных нелетучих формах (H2S, COS), которые проще поглотить, чем SO2;
• При конверсии происходит частичное разложение азотсодержащих органических соединений в безкислородной среде, что дает меньшее количество окислов азота в дымовых газах;
• Зола, выгружаемая из реактора, имеет низкую температуру, не более 300 0С, и практически не содержит остатков углерода;

Технология является лидером рынка в части производства технологических линий, работающих в безотходном цикле и не наносящих вреда окружающей среде.  
Конструкцией не предусмотрен сброс газов в атмосферу или в воду. Замеры атмосферных выбросов, произведенных на действующих тепловых установках, показывают отсутствие диоксидов и фуранов. Выхлопные газы дизельных агрегатов возвращаются на дожиг в реактор. Перед подачей в дизеля, синтез-газ очищается от паромасляной смеси. Все отфильтрованные фракции поступают в реактор конверсии на дожиг.  
Единственным отходом переработки является зольный остаток, представляющий собой темно-серую инертную массу, не содержащую углерода.  
В процессе исследования золы установлено, что летучие соединения тяжелых металлов, представляющих опасность для здоровья человека, при конверсии образуют связанные неподвижные формы солей.

Предполагаемый результат

Преимущества оборудования для переработки и утилизации навоза, отходов животноводства:

Полностью автономные модули требуют только своевременного подвоза навоза, работают на собственном энергобалансе и не требуют внешних подключений;

Модульная конструкция позволяет наращивать мощность комплексов сообразно растущим потребностям и легко перевозить оборудование к новому месту производства;

1. Комплексы могут быть смонтированы на колесной базе 12-ти метровых прицепов и разворачиваться на месте производства в течение 6-ти часов;
2. Оборудование не требует фундаментов и может размещаться на площадке из бетонных плит;
3. Оборудование по утилизации животноводческих отходов является идеальным решением для организации системы распределённого энергообеспечения животноводческих, агрокомплексов, перерабатывая навоз и прочие отходы и предоставляя все необходимые энергоносители локально для нужд ферм и близлежащих потребителей;
4. В качестве оборудования для утилизации тепла при сжигании газа используется дизель-генератор.
5. Высокий энергетический КПД конверсии. Один килограмм сырья дает 1 кВт электрической энергии;
6. Отсутствие вредных выбросов в атмосферу;
7. Упрощенные требования к составу и подготовке сырья.

Ежегодно, сжигая 180 тонн угля только для одной школы, мы загрязняем окружающую среду. Да еще тратим немало денежных средств.  Используя технологию утилизации отходов сельского хозяйства, мы можем приобрести дешевую и безопасную для окружающей среды энергию.

Экологические преимущества

Использование энергии биомассы обладает многими уникальными качествами, которые обеспечивают его экологические преимущества. Оно может способствовать смягчению проблемы изменения климата, уменьшить количество кислотных дождей, эрозию почвы, загрязнение водоемов и нагрузку на полигоны ТБО, обеспечить среду для существования диких видов животных и помочь поддерживать здоровые условия существования лесов с помощью лучшего менеджмента.

Изменение климата вызывает растущую озабоченность в мире. Человеческая деятельность, особенно сжигание ископаемых видов топлива, приводит к выбросу сотен миллионов тонн так называемых парниковых газов (ПГ) в атмосферу. ПГ включают, например, такие газы, как двуокись углерода (CO2) и метан (CH4). Озабоченность связана с тем, что ПГ в атмосфере могут изменить климат Земли, что приведет к изменению биосферы, обеспечивающей жизнь на Земле. Технологии энергетического использования биомассы могут минимизировать этот эффект.