Биоэнергетика, ее перспективы в Беларуси

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УО «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

 

Кафедра технологии важнейших  отраслей промышленности

 

 

РЕФЕРАТ

 

                            по дисциплине: Основы энергосбережения

на тему: Биоэнергетика, ее перспективы в Беларуси

 

 

 

 

 

 

Студент 

 

Проверил              

 

 

 

 

 

 

МИНСК 2011

Содержание

Введение……………………………………………………………………………………..3

Историческая справка………………………………………………………………………4

 Схема преобразования  энергии биомассы………………………………………………..6

Биомасса, ее источники. Получение  энергии……………………………………………..7

Беларусь в области  биоэнергетики. Перспективы развития……………………………..8

Биоэнергетика – актуальная задача современной индустрии…………………………..11

Биомассы – дешевый  источник энергии………………………………………………....14

Заключение………………………………………………………………………………...16

Литература…………………………………………………………………………………18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Актуальность энергосбережения обусловлена не только ограниченностью

мировых ресурсов ископаемых топлив и постоянно увеличивающимися

затратами на их добычу, но и  негативным воздействием технологий

современной традиционной энергетики на окружающую среду. В настоящее

время энергетическая составляющая современных промышленных

технологий по своей величине становится сравнимой с природными

процессами.

Одним из направлений энергетики возобновляемых источников является

биоэнергетика, основанная на использовании энергии из биомассы, получаемой в результате процессов  естественного фотосинтеза. По определению

биомасса – это масса  растений, микроорганизмов и животных на единице

поверхности или объёма местообитания. Биомасса растений называется

фитомассой, биомасса животных – зоомассой.

Основными преимуществами использования  биомасс являются:

1. Устойчивое развитие: источник чистой и возобновляемой энергии;
2. Доступность: возможность получения энергии в любом месте;
3. Универсальность применения: энергетика, теплоснабжение, транспорт и т. д.;
4. Энергетическая безопасность: диверсификация источников энергии, региональные источники;
5. Охрана окружающей среды: снижение выбросов парниковых газов, деградации земли, влияния источников, ведущих к изменению климата;
6. Социальные выгоды: повышение качества жизни, облегчение социального развития, повышение социальной занятости.

В процессе производства биоэнергии решаются две задачи: производство дешевого возобновляемого энергоносителя и снижение уровня загрязнения окружающей среды.

Таким образом, экономия энергии, производимой традиционными способами, и выработка энергии с применением  альтернативных технологий,

базирующихся на возобновляемых источниках, на современном этапе

развития человечества становятся всё более актуальными.

 

 

 

 

 

 

 

Историческая справка

Актуальность поиска альтернативных видов топлива стала определяющим фактором в разработке новой технологии превращения разного рода биомассы в источники энергии. Начиная с 50-х годов XX века ведется интенсивное изучение возможностей производства топлива из биомассы. Уже сейчас некоторые виды промышленности используют биомассу в небольших масштабах в качестве источника энергии. [8]

Биоэнергетика – это энергетика, основанная на использовании биотоплива. Она включает использование растительных отходов, искусственное выращивание биомассы (водорослей, быстрорастущих деревьев) и получение биогаза. Биогаз – смесь горючих газов (примерный состав: метан – 55-65%, углекислый газ – 35-45%, примеси азота, водорода, кислорода и сероводорода), образующаяся в процессе биологического разложения биомассы или органических бытовых расходов. [4]

 Биогаз известен человечеству давно. До наших дней дошли отрывочные

сведения, о том, что в  Персии в XVI, а в Ассирии в X веке до нашей эры его

уже использовали для подогрева  воды. Документально подтверждено, что в

1895 в г. Экстер (Англия) уличные фонари питались газом,  который получали

в результате брожения сточных  вод.

В природе биогаз спонтанно  формируется на дне водоёмов в  результате

анаэробного разложения первичной  и вторичной биомассы: останков рыб

и животных, погибших водорослей и фекалий. Помимо этого образованием метана на «диких» свалках является проблемой, поскольку регулярно вызывает возгорания. Основные этапы развития науки о биогазе и современное состояние во-

проса:

- в 1630 г. Ван Хелмон  упоминает среди прочих 15 газов  горючий газ,

выделяющийся при гнилостном брожении;

- в 1664 году Ширли официально  открывает метан;

- в 1764 году Франклин  сообщает о том, как он поджигал  болотный газ на

грязевом озере в Нью  Джерси;

- в 1776 году А. Вольта  был первым учёным, который научно  описал

образование газа в илистых  отложениях озёр;

- в 1804 году Дальтон  вывел формулу метана;

- в 1859 году первые биогазовые  реакторы (дижесторы (фр.)) были пост-

роены в колонии прокажённых  в Бомбее;

- в 1883-1884 Гайон, ученик  великого Пастера, успешно экспериментировал  с получением биогаза из различных  отходов. Количество полученного

газа было столь велико, что Луи Пастер сделал вывод о  возможности его

производства для освещения  и отопления, что газета Фигаро приняла  как

шутку. Однако уже в пятидесятые  годы ХХ века во Франции функционировало

более 800 биогазовых установок;

- в наши дни в Германии  более 50 крупных установок задействовано  на

переработке сточных вод; в Китае численность реакторов  по различным

оценкам колеблется между 4 и 6 миллионами, а в Индии –  более миллиона.

  

На рубеже столетий годовое потребление человечеством

электрической энергии оценивалось  в 140·10¹² кВт·ч. По структуре

первичных источников энергии  мировая электро-энергетика на 70%

является топливной. Производство каждого киловатт-часа электроэнергии

на тепловых электростанциях  сопровождается выбросом в атмосферу  некоторого количества (табл. 1) двуокиси углерода, который, как и метан, образующийся на мусорных полигонах, является парниковым газом,

и способствует потеплению климата на планете. В свою очередь  потепление проводит к интенсивному таянию полярных

льдов, снижению уровня солёности  воды в океанах, и далее к нарушению

циркуляции глобального  конвейера морских течений, последствия  которого

могут быть весьма ощутимыми  для человечества. [6;7]

 

Таблица 1

Удельные выбросы СО₂ при сжигании основных видов топлива

на крупных топливосжигающих предприятиях

Топливо	Удельные выбросы СО2;кг/кВт∙ч
Природный газ	0,198
Тяжёлое нефтяное топливо	0,288
Лёгкое нефтяное топливо	0,377
Каменный уголь	0,342
Бурый уголь	0,396

 

 

По оценкам специалистов количество энергии солнечного излучения,

ежегодно аккумулируемое растениями и водорослями, составляет около

1015 кВт·ч, однако их  использование в естественном  виде для производства

энергии либо практически  невозможно, либо нерационально. Современные

распространённые технологии преобразования биомассы в удобные  для

повседневного использования  виды топлива представлены в виде схемы на рис.1

Рис. 1 Схема преобразования энергии биомассы

 

 

Биомасса, ее источники. Получение  энергии

Биомасса – наиболее дешевая  и крупномасштабная форма аккумулирования возобновляемой энергии. Под термином «биомасса» подразумеваются любые материалы биологического происхождения, продукты жизнедеятельности и отходы органического происхождения. Биомасса будет на Земле, пока на ней существует жизнь. Ежегодный прирост органического вещества на Земле эквивалентен производству такого количества энергии, которое в десять раз больше годового потребления энергии всем человечеством на современном этапе.

Источники биомассы, характерные  для нашей республики, могут быть разделены на несколько основных групп.

1. Продукты естественной вегетации (древесина, древесные отходы, торф, листья и т.п.)
2. Отходы жизнедеятельности людей, включая производственную деятельность (твердые бытовые отходы, отходы промышленного производства и др.)
3. Отходы сельскохозяйственного производства (навоз, куриный помет, стебли, ботва и т. д.)
4. Специально выращиваемые высокоурожайные агрокультуры и растения.

Однако наличие биомассы даже в большом количестве еще  не означает решения проблемы получения  из нее различных продуктов и  веществ, в том числе топлива. Непереработанная же биомасса приносит непоправимый вред окружающей среде. [4]

Основа биомассы – органические соединения углерода. Уникальная роль углерода в живой природе обусловлена  его свойствами, которыми в совокупности не обладает ни один другой химический элемент. Первоначально энергия  системы биомасса – кислород возникает  в процессе фотосинтеза под действием  солнечного излучения, являющегося  естественным вариантом преобразования солнечной энергии, а биомасса является основным исходным веществом для  образования ископаемых топлив (торфа, угля, нефти, газа). [3]

Содержание биомассы в  биосфере огромно – 800 млрд т. Ежегодно возобновляется 200 млрд т. Методы получения  энергии:

- сжигание сырья растительного  происхождения – дров, соломы  и др. 
- сжигание твердых бытовых отходов городов; 
- использование растительных масел в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания; 
- биоконверсия или разложение органических веществ растительного или животного происхождения в анаэробных (без доступа воздуха) условиях с образованием биогаза, этанола, бутанола и др. 
- термохимическая конверсия (пиролиз, газификация, синтез) твердых органических веществ (торфа, дерева и др.) с получением “синтез-газа”, искусственного бензина. [8]

Беларусь в области  биоэнергетики. Перспективы развития.

Обострение в глобальном масштабе ситуации вокруг добычи углеводородного сырья и доставки его потребителям обусловило повышение интереса к биоэнергетике. Сейчас во всем мире все более широкое распространение приобретают технологии производства биотоплива из растительных масел, топливное использование биоэтанола и иных спиртов, различные методы получения биогаза, а также печного и котельного топлива, содержащего биодобавки. Беларусь в этом отношении следует мировым тенденциям. В нашей стране реализуется Государственная программа по обеспечению производства дизельного биотоплива, вводятся в строй биогазовые установки по переработке отходов сельскохозяйственного производства и коммунально-бытовых стоков. Однако в Беларуси работа в этом направлении находится пока на начальной стадии. У нас имеется лишь несколько предприятий, выпускающих топливные гранулы (пеллеты) из древесины, в частности ОАО «Пинскдрев» и предприятие «Экогран» (Бобруйск), но Министерство лесного хозяйства страны запланировало создание новых производств – в Житковичах и Столбцах – с помощью установок до 15 тыс. т древесных пеллет в год. Вместе с тем, ресурсы растительного сырья позволяют радикальным образом увеличить мощности по выпуску топлива из растительного сырья в Республике Беларусь.

Наиболее доступными, к  тому же возобновляемыми источниками  для их производства являются, помимо древесины, солома зерновых культур, крахмалосодержащие сельскохозяйственные культуры – картофель, свекла, а также масличная культура рапс.

Известно, что элементный состав и теплота сгорания различных  видов растительных культур достаточно близка:

	антрацит	лигнин	древесина	солома	зерновые	трава
C	72,5	65,9	47-51	42-47	43-60	37-47
H	5,6	4,9	5,7-6,3	5,1-6,0	6,4-7,2	5,1-6,2
O	11,1	23,0	39-44	39,1-43,8	24-46	33-42
N	1,3	0,7	0,13-0,54	0,4-1,1	1,7-3,9	0,7-1,5
Зола, вес, %	8,3	5,1	0,5-4,0	3,8-12,2	2,0-4,6	3,9-23
сH0(высшая), МДж/кг	29,7	20,6	18,4-19,2	15,8-17,7	17,0-26,5	14,1-17,6

Поэтому при выборе источника  сырья для производства твердого топлива необходимо исходить из следующего: доступности различных ресурсов; их стоимости и технологической  возможности производства для прогрессивного технологического использования в  котельных установках.

Из растительного сырья  может быть выпущено три вида топлива, различающихся по фазовому состоянию: твердое, жидкое топливо из продуктов  брожения углеводов и газообразное топливо, которое может быть получено при термической переработке  твердого топлива или путем сбраживания  биомассы. Существенной задачей при  получении различных видов твердого топлива является обеспечение их высокой насыпной плотности – более 0,5 т/м³, что считается необходимым условием упрощения транспортировки и хранения.

Производство твердого топлива  из биомассы растительных культур включает в себя ряд технологических операций: измельчение, сушку, сортировку, прессование. Эта схема достаточно универсальна, но при использовании различных  видов растительного сырья должны быть модифицированы некоторые технические параметры установок. Конечный продукт производства – топливные гранулы, или пеллеты, диаметром 6-20 мм с физической плотностью 0,8 -1,0 и насыпной плотностью более чем 0,5 т/м^{3. Кроме} того, могут выпускаться полученные путем шнекового прессования топливные брикеты («евродрова»).

Топливные гранулы из растительной биомассы обладают высокой энергией сгорания при незначительном занимаемом объеме. Скажем, при сжигании 1 т топливных  гранул из соломы выделяется столько  же энергии, как при сжигании 460 л  дизельного топлива или 490 куб. м  природного газа.  [1]