Презентация на тему "Лекция 6. Энергия биомассы. Биогазовые установки."

Содержание

• 
  Слайд 1

  Лекция 6. Энергия биомассы. Биогазовые установки.

• 
  Слайд 2

  Биомасса

  Биома́сса (биоматерия) — совокупная масса растительных и животных организмов, присутствующих в биогеоценозе. Биомасса по существу состоит из макромолекулярных органических полимеров -лигнин, целлюлоза и гемицеллюлоза. Биомасса — пятый по производительности возобновимый источник энергии после прямой солнечной, ветровой, гидро и геотермальной энергии. Ежегодно на земле образуется около 170 млрд т. первичной биологической массы и приблизительно тот же объём разрушается. Биомасса — крупнейший по использованию в мировом хозяйстве возобновляемый ресурс (более 500 млн т.у.т./год). Условное топливо-единица учёта тепловой ценности топлива, применяемая для сопоставления различных видов топлива.   Принято, что теплота сгорания 1 кг твёрдого (жидкого) У. т. (или 1 м3 газообразного) 29,3 МДж (7000 ккал)       Биомасса применяется для производства тепла, электроэнергии, биотоплива, биогаза (метана, водорода).

• 
  Слайд 3

  Примеры использования биомассы.

  В 2002 году в электроэнергетике США было установлено 9733 МВт генерирующих мощностей, работающих на биомассе. Из них 5886 МВт работали на отходах лесного и сельского хозяйства, 3308 МВт работали на твёрдых муниципальных отходах, 539 МВт на других источниках. В 2004 году во всём мире производили электричество из биомассы электростанции общей мощностью 35 000 МВт. В настоящее время европейские страны проводят эксперименты по выращиванию энергетических лесов для производства биомассы. На больших плантациях выращиваются быстрорастущие деревья: тополь, акация, эвкалипт и другие. Испытано около 20 видов растений. Плантации могут быть комбинированными, когда между рядами деревьев выращиваются другие сельскохозяйственные культуры, например, тополь сочетается с ячменём. Период ротации энергетического леса — 6—7 лет. Методом пиролиза из биомассы получают жидкое биотопливо, метан, водород.  Пиролиз (от др.-греч. πῦρ — огонь, жар и λύσις — разложение, распад) — термическое разложение органических и многих неорганических соединений.

• 
  Слайд 4

  Биогаз

  Биогаз — газ, получаемый водородным или метановым брожением биомассы. Метановое разложение биомассы происходит под воздействием трёх видов бактерий. В цепочке питания последующие бактерии питаются продуктами жизнедеятельности предыдущих. Первый вид — бактерии гидролизные, второй — кислотообразующие, третий — метанообразующие. В производстве биогаза участвуют не только бактерии класса метаногенов, а все три вида. Одной из разновидностей биогаза является биоводород, где конечным продуктом жизнедеятельности бактерий является не метан, а водород.  Алессандро Вольта в 1776 году пришёл к выводу о существовании зависимости между количеством разлагающейся биомассы и количеством выделяемого газа. В 1808 году сэр Хэмфри Дэви обнаружил метан в биогазе. Первая задокументированная биогазовая установка была построена в Бомбее, Индия в 1859 году. В 1895 году биогаз применялся в Великобритании для уличного освещения. В 1930 году, с развитием микробиологии, были обнаружены бактерии, участвующие в процессе производства биогаза.

• 
  Слайд 5

  Состав биогаза. Сырьё для получения

  50—87 % метана, 13—50 % CO2, незначительные примеси H2 и H2S. После очистки биогаза от СО2 получается биометан. Биометан — полный аналог природного газа, отличие только в происхождении. Перечень органических отходов, пригодных для производства биогаза: навоз, птичий помёт, зерновая послеспиртовая барда, пивная дробина, свекольный жом, фекальные осадки, отходы рыбного и забойного цеха (кровь, жир, кишки), трава, бытовые отходы, отходы молокозаводов — соленая и сладкая молочная сыворотка, отходы производства биодизеля — технический глицерин от производства биодизеля из рапса, отходы от производства соков — жом фруктовый, ягодный, овощной, виноградная выжимка, водоросли, отходы производства крахмала и патоки — мезга и сироп, отходы переработки картофеля, производства чипсов — очистки, шкурки, гнилые клубни, кофейная пульпа. Кроме отходов биогаз можно производить из специально выращенных энергетических культур, например, из силосной кукурузы или сильфия, а также водорослей. Выход газа может достигать до 300 м³ из 1 тонны. На практике из 1 тн сухого вещества получают от 300 до 500 литров биогаза.

• 
  Слайд 6

  Экологические преимущества производства биогаза

  Производство биогаза позволяет предотвратить выбросы метана в атмосферу. Метан оказывает влияние на парниковый эффект в 21 раз более сильное, чем СО2, и находится в атмосфере 12 лет. Захват метана — лучший краткосрочный способ предотвращения глобального потепления. Переработанный навоз, барда и другие отходы применяются в качестве органического удобрения в сельском хозяйстве. Это позволяет снизить применение химических удобрений, сокращается нагрузка на грунтовые воды.

• 
  Слайд 7
  

  Биогазовые установки Принцип работы установки Биомасса (отходы или зеленая масса) периодически подаются в реактор. Реактор представляет собой подогреваемый резервуар, оборудованный миксерами. В реакторе живут полезные бактерии, питающиеся биомассой. Продуктом жизнедеятельности бактерий является биогаз. Для поддержания жизни бактерий требуется подача корма, подогрев до 35-38°С и периодическое перемешивание. Образующийся биогаз скапливается в хранилище (газгольдере), затем проходит систему очистки и подается к потребителям (котел или электрогенератор). Реакторработаетбездоступавоздуха, герметичен и неопасен.  

• 
  Слайд 8
  

  Экономика биогаза на агрокомплексах Агропредприятия считаются основным потребителем биогазовых технологий. В пользу этого играет неплохая экономика подобных проектов. Из тонны навоза КРС получается 30-50 м3 биогаза. Одна корова способна обеспечить получение 2,5 кубометра газа в сутки. Из 1 кубометра биогаза можно выработать около 2 кВт электроэнергии. Плюс вырабатывается органическое удобрение, использование которого ощутимо улучшает экономические характеристики биогазовой установки. Стадо КРС 900 голов, окупается в режиме производства тепла и электроэнергии за 5-7 лет, а если же учитывать стоимость получаемых органических удобрений, то срок окупаемости сокращается до 2,5 лет. Расход этих удобрений составляет 1-5 т вместо 60 т необработанного навоза для обработки 1 га земли. Испытания показывают еще и увеличение урожайности в 2-4 раза.  

• 
  Слайд 9

  Система сбора и утилизации биогаза на полигоне ТБО

  Газоэнергетический потенциал полигона, на котором размещен 1 млн. т ТБО с влажностью 40%, можно рассматривать как техногенное месторождение с запасами 50-60 млн. м3 природного газа. Объем добычи биогаза на полигоне ТБО может составить 10-15 м3 в год на 1 жителя обслуживаемого населенного пункта. Утилизация биогаза на полигоне, обслуживающем город с населением 100 тыс. человек, может обеспечить потребности в электричестве и тепле жилого поселка с населением 1 тыс. человек. На полигоне твёрдых бытовых отходов (ТБО) в г. Мариуполе Донецкой области выполнено сооружение системы дегазации для сбора биогаза и его утилизации установленной когенерационной установкой мощностью 200 кВт.

• 
  Слайд 10
  

  Биогаз в ЕС и Германии Ежегодно в ЕС объем производства биогаза увеличивается не менее чем на 20%. В 2007 г. производство достигло значительной величины в 5,9 млн т.н.э. При этом ведущую роль играет производство биогаза из лэндфилл-газа, или биогаза с мусорных свалок (49,2%), следом за ним идет производство биогаза из специально выращенных сельскохозяйственных культур, порядка 15% биогаза в ЕС производится на очистных сооружениях. Серьезным фактором, который повлиял на внедрение биогазовых установок в Европе явился рост цен на импортируемые энергоносители, связанные с ними политические риски и последующаягосударственная поддержка биогазовой энергетики. Поддержка заключается в том, что государство обязано выкупать электроэнергию по «зеленому тарифу». Т.н.э (тн. нефтяного эквивалента) - Международное энергетическое агентство (IEA) приняло за единицу условного топлива нефтяной эквивалент - TOE (англ. Tonne of oil equivalent). Одна тонна нефтяного эквивалента равняется 41,868 ГДж или 11,63 МВт·ч

• 
  Слайд 11
  

  Китайскаясистемастимулированиябиогазовойэнергетики Китай на сегодняшний день является мировым лидером по внедрению технологии производства биогаза в сельских районах. Более 31 млн китайских семей уже установили биогазовые установки в своих домах, и эта цифра продолжает стремительно расти, увеличиваясь ежегодно на несколько миллионов. Суммарный выпуск биогаза составляет 10,2 млрд м³/год (эквивалентно 13,5 млн т.у.т.), что ставит КНР на уверенное первое место в мире по этому показателю. AEnergy.ru проанализировал причины китайского феномена и убежден, что это, во многом, заслуга грамотной и сбалансированной системы государственной поддержки. Система поддержки направлена на проекты разных масштабов – от небольших бытовых установок до крупных комплексов на предприятиях пищевой промышленности.  Наряду с непосредственным сооружением объектов, проводится масштабная работа по подготовке кадров и проведению НИОКР, на которые китайский бюджет тратит более 100 млн долл. ежегодно.

• 
  Слайд 12
  

  Стокгольм - европейская экологическая столица Стокгольм - единственный город в мире, который комплексно решает проблему утилизации бытовых отходов и канализационных стоков. Городская инфраструктура переработки мусора является многоуровневой.  Органические и неорганические виды твердых бытовых отходов поступают каждый на свои пункты переработки. Транспортировкамусорапроисходитчерезсистемуспециальносозданныхподземныхкоммуникаций.  Органические отходы и канализационные стоки поступают на биогазовые станции. Они используются для производства биогаза, а он, в свою очередь, для производства электрической и тепловой энергии. Кроме того, биогаз поступает в дома и используется в качестве бытового газа. Подсчитано, что для обогрева помещений в Стокгольме используется энергия, полученная исключительно из отходов.

• 
  Слайд 13
  

  Volvo и Scania производят автобусы с двигателями, работающими на биогазе. Такие автобусы активно используются в городах Швейцарии: Берн, Базель, Женева, Люцерн и Лозанна. По данным Швейцарской Ассоциации Газовой Индустрии в 2010 году 10 % автотранспорта Швейцарии работало на биогазе. Муниципалитет Осло в начале 2009 года перевёл на биогаз 80 городских автобусов. Стоимость биогаза составляет €0,4 — €0,5 за литр в бензиновом эквиваленте. При успешном завершении испытаний на биогаз будут переведены 400 автобусов.

• 
  Слайд 14

  Биогаз как топливо для автомобилей.

  Биогаз после очистки от СО2 - это метан, которым заправляют автомобили. В Торонто начали тестировать мусоросборный автомобиль на биогазе из отходов. Существует два направления по которому планируеться использование биогаза в городе.       Первый это подача биогаза в существующеий газовый трубопровод , для возмещения и экономии природного газа, который в настоящее время используеться для обогрева правительственных и муниципальных зданий.     Второй это использование биогаза в качестве топлива для заправки транспорта коммунальных служб, который в настоящее время работает на сжиженном природном газе. Намекаетсянанедавноприобретенныйгородомавтомобилькоторыйработаетнабиогазе

• 
  Слайд 15
  

  В рамках своей энергетической концепции в области транспорта федеральное правительство Германии делает ставку на биогазовые двигатели. Там был принят законопроект, согласно которому запланированное на 2015 год прекращение освобождения от налогообложения для биогаза будет отменено. В документе изложено требование, согласно которому наряду с природным газом должно расширяться и использование биогаза. Лидером по использованию биометана в качестве топлива для автомобилей является Швеция. 25% вырабатываемого в стране биогаза перерабатывается в биометан на 38 предприятиях, где концентрация метана увеличивается с 65-70% до 96-97%. Парк автобусов и автомобилей, работающих как на сжатом природном газе, так и на биометане насчитывает более 17000 единиц (данные на 2008 год). Биогаз обычно продается в смеси с природным газом, составляя около 55%. В Швейцарии и Германии биогаз после очистки компрессорами закачивается в сеть природного газа и в отдельных случаях продается в качестве топлива для автомобилей. Развивается производство биометана и в других европейских странах - Нидерландах, Австрии, Франции, Испании, Исландии и Британии. 

• 
  Слайд 16
  

  Швеция: станция для заправки автомобилей биогазом.

• 
  Слайд 17
  

  Экономика использования биогазовых технологий Строительство биогазовой станции позволит не зависеть от тарифов на энергоносители и обеспечит дешёвым теплом и электроэнергией (себестоимость производства тепла и электроэнергии составляет 0,5-0,6 руб за кВтч). Эксплуатационные расходы формируются преимущественно из заработной платы занятых на биогазовой станции. Средняя цена 1 кВт установленной электрической мощности биогазовой станции «под ключ» (в эту цену входит и установки когенерации) составляет 2-3 тыс. дол. При условии комплексного использования продукции биогазовой станции, срок окупаемости проекта составляет порядка 3-7 лет. Чем больше биогазовая установка, тем выше ее рентабельность и короче сроки окупаемости. В целом биогазовые проекты отличаются высоким значением IRR. О достаточном уровне рентабельности установки можно говорить в случае переработки более 40 т отходов в сутки.

• 
  Слайд 18

  Конкретный пример биогазовой установки

  В октябре 2010 года в селе Лучки Прохоровского района Белгородской обл. ООО «АльтЭнерго» начало строительство первой биогазовой установки. Технико-экономические показатели: Установленная мощность 2,4 МВт электроэнергииВыработка электроэнергии  19,6 млн кВт/ч в годВыработка тепловой энергии 18,2 тыс. Гкал. в годПроизводство 66,8 тыс. тонн удобрений в год Переработка сырья (в год): 14,6 тысячтоннотходовбойни 26 тысячтоннсвиноводческихстоков 1,8 тысяч тонн канализационных отходов в виде шлама 26 тыс. тоннсилоса 5 тыс. тоннводы Всего 73400 тонн сырья в год.Все компоненты (основное сырье) для производства биогаза будут поставлять белгородские сельхозпредприятия. В реализации проекта используется оборудование немецких производителей, поставляемое компанией Big Dutchman Agro.  

• 
  Слайд 19

  Плазменная газификация (высокотемпературный пиролиз)

  Технология плазменной газификации Westinghouse Plasma Corporation разработана для решения широкого круга задач одной, из которых является преобразование любых видов отходов, включая твердые бытовые отходы, био-отходы, опасные отходы, в электроэнергию/синтетическое топливо (дизельное топливо, этанол) и другие полезные материалы (тонна отходов равна 1-1,3 МВт/ч электроэнергии). Является технологией промышленного использования, имеет коммерчески успешные инсталляции по всему миру (Япония, Индия, Англия, Китай, США). Конечный продукт процесса плазменной газификации WPC может быть разным, например электроэнергия, пар или жидкое топливо. Одновременно сокращаются выбросы вредных парниковых газов в атмосферу. Плазменная газификация – это испытанная технология, которая является решением сегодняшних проблем, поддерживая баланс между выработкой энергии и сохранением окружающей среды. Установка плазменной газификации работает при температуре, превышающей 5500°С (низкотемпературная плазма), гарантируя практически полное преобразование исходного сырья в синтетический газ. Неорганические вещества выводятся у основания газификатора в виде инертного шлака, который охлаждается и превращается в неопасный невыщелачиваемый продукт, который можно продавать как наполнитель для строительного материала.

• 
  Слайд 20

  Плазменная газификация

• 
  Слайд 21

  Экономические показатели плазменной газификации

  Переработка промышленных и бытовых отходов ….1500 тонн в сутки Выработки и передача потребителям электроэнергии………...50 МВт/ч Производства стекловидного шлака для изготовления блоков утепления из минеральной ваты …………………………….……>300 тонн в сутки Общий размер инвестиций ………………………………307,5 млн. дол. США. Распределение затрат: Переработка отходов ……………………………………………………...32% Очистка и подготовка газа ………………………………………………..28% Выработка электроэнергии/ производство синтетического топлива. …40% Финансовые показатели: Период возврата инвестиций (для инвестора) ………………..........5,6 лет Процентная ставка кредитования ……………………………………….7%