Биомассовая энергетика это кратко

Обновлено: 04.07.2024

Человечество использовало биомассу в качестве источника энергии с тех пор, как только научилось добывать огонь. Биомассой называют вещества, накапливаемые в растениях в результате процессов фотосинтеза.

Роль биомассы в современном энергобалансе

Это довольно относительные данные, имеют, на первый взгляд, странную особенность. К примеру, в Непале и Кении доля биомассы превышает 94%, а в Америке всего 4%. Дело в том, что в слаборазвитых странах нет современных источников энергии, население пользуется дровами и иными остатками растительности для обогрева жилья, приготовления пищи и иных бытовых нужд. Развитые страны имеют современные источники энергии, биомасса применяется недавно и только как альтернативное топливо. Таким образом пытаются уменьшить негативный вред окружающей среде от деятельности человечества.

В 2019 году суммарное производство электрической энергии из биомассы достигло 39 млн. кВт, что составляло менее 5% общего баланса. Общая биомасса наземных растений 1800 млрд. тонн, в том числе леса 1600 млрд. тонн, на одного жителя приходится 400 тонн. Такое гигантское количество позволяет получить не менее 3000 ЭДж/год при приросте массы 400 000 миллионов тонн в год. В настоящее время человечество производит энергии 400 ЭДж/год (1 ЭДЖ = 1018Дж).

Проблемы развития энергетики из биомассы

Как видно, запасы биомассы огромны, но далеко не безграничны, что является главным сдерживающим фактором развития такой энергетики. В промышленных целях применяются лишь отходы растениеводства и деревообрабатывающей промышленности. И то даже такой подход приносит вред природе.

1. При сжигании биомассы в атмосферу выбрасывается углекислый газ и большое количество органических ядовитых веществ. Для очистки выбросов приходится устанавливать современные эффективные системы, что существенно увеличивает себестоимость энергии.

2. Сжигание биомассы приносит огромный вред грунтам. В природе остатки растений возвращаются в землю, увеличивают процентное содержание гумуса и повышает плодородие. Если круговорот органических веществ нарушить, то окультуренные грунты катастрофически теряют свои характеристики плодородия, для выращивания сельхозпродукции приходится использовать увеличенное количество минеральных удобрений. Они не только вредят организму человека, но и во время производства оказывают негативное воздействие на окружающую среду.

3. Специальное выращивание биомассы для топлива требует много площадей. В то время, когда миллионы людей страдают от недоедания, такое использование земель является аморальным.

Вывод. Использование биомассы в целях сохранения окружающей среды имеет обратный эффект.

Мировые ресурсы биомассы оцениваются в 44 * 1010 ЭДж, но используется только 1/6 этой величины. В настоящее время доля энергии, получаемой из биомассы, составляет 15% мирового потребления. Эта доля больше в развивающихся странах, где она составляет 38% от общего производства энергии.

В мире большая часть электроэнергии из биомассы вырабатывается в Скандинавии, Австрии и Англии, где ежегодно получают около 100 ТВтч энергии.Производство биомассы во многих странах становится важной отраслью сельского хозяйства — оно позволяет управлять отходами.

Что относится к биомассе

Согласно определению, биомасса — это твердые или жидкие вещества растительного или животного происхождения, которые поддаются биологическому разложению, полученные из продуктов, отходов и остатков сельскохозяйственного и лесного производства, от промышленности, перерабатывающей их продукты, а также доля других биоразлагаемых отходов.

Следующие формы биомассы используются в энергетических целях:

сельскохозяйственные отходы — солома зерновых, кукурузная солома, сено, отходы масличных и бобовых культур;
отходы лесной промышленности — древесина, отходы деревопереработки, кора, опилки, щепа и их переработанные формы (гранулы);
урожайность энергетических плантаций — ива корзиночная, мальва Вирджиния, тополя, некоторые виды трав, топинамбур, мискантус, тростник и другие;
органические отходы — отстой сточных вод, жидкий навоз, макулатура;
биотопливо — растительные масла, биоэтанол, биодизель;
биогаз — из жидкого навоза, осадков сточных вод, свалок.

Биомасса — условия эксплуатации

Основным параметром, определяющим эффективность производства энергии из биомассы, является доступность ее ресурсов. По данным, в ЕС потенциал биомассы, которая может быть использована в энергетических целях, с учетом только остатков лесного производства, составляет до 70 миллионов м3. Еще одним важным источником биомассы являются упомянутые энергетические плантации. Ежегодно с квадратного метра энергетических плантаций можно получить от 15 до 45 кВтч энергии. Эти растения можно выращивать на бедных и деградированных почвах.

Биомасса — технологии и применение

Биомассу можно использовать в энергетике тремя основными способами:

прямое сжигание в котлах (солома, дрова, гранулы, щепа)
совместное сжигание с традиционными энергоносителями (мазут, уголь, газ)
сжигание продуктов переработки биомассы — ферментации или этерификации (биогаз, биодизель, метанол, этанол)

Энергетические ресурсы биомассы можно разделить на две группы:

твердофазные энергоносители, пригодные для сжигания, пиролиза и парокислородной газификации в смесь оксида и диоксида углерода, водорода и метана. Этот газ можно преобразовать в электричество и тепло по соответствующим технологиям.
компоненты биомассы превращаются в жидкое топливо и биогаз, который представляет собой смесь 60% об. метан и 40% CO2.

Технологии переработки биомассы

Пиролиз — это наиболее распространенный метод получения энергии из биомассы (90% мирового производства энергии из биомассы приходится на использование этой технологии), который используется как для получения тепла, так и электроэнергии. Котельные установки для сжигания подходят для переработки различных видов биомассы, в основном древесины, щепы, опилок и соломы. Процесс, проводимый при температуре выше 600 С и без доступа воздуха, на выходе которого получается жидкое биотопливо. Лучшим сырьем для процесса пиролиза является древесина, но поскольку эта технология находится только в начале своего развития, можно предположить, что любой тип биомассы может быть преобразован в процессе пиролиза.
Газификация — это процесс термохимического преобразования, который отличается от сжигания тем, что продуктом процесса является не тепло, а газ, который после сгорания обеспечивает желаемую тепловую энергию. Газ также можно использовать в специальных турбинах для производства электроэнергии. Преимущество газификации — высокая эффективность процесса, достигающая 50%.
Когенерация — это процесс одновременной выработки тепла и электроэнергии. В системах когенерации достигаются меньшие выбросы загрязняющих веществ.
Биохимические процессы — некоторые формы биомассы, содержащие большое количество воды, используются в процессе ферментации, где продуктом разложения биомассы является спирт, используемый для производства биотоплива. Также используются процессы ферментации метана, продуктом которого является биогаз (смесь метана и углекислого газа). В энергетических целях в процессе ферментации используются навоз животных, отходы пищевой промышленности, бытовые отходы на свалках и отстой сточных вод.

Эффективность биомассы

Теплотворная способность биомассы в два раза ниже, чем у угля, предполагается, что 1Mg каменного угля равен 2Mg сухой биомассы в энергетическом выражении. Теплотворная способность соломы или древесины колеблется в пределах 10-14 МДж / кг, а каменного угля — 25 МДж / кг [9]. Прямое сжигание биомассы в паровых котлах достигает КПД около 70%. Дальнейшее преобразование в электричество в паровом цикле имеет КПД 20%.

В предыдущей статье я говорил о геотермальная энергия и я прокомментировал, что возобновляемые источники энергии, которые существуют в этом мире, есть некоторые более известные и используемые, такие как солнечная и ветровая энергия, и другие менее известные (иногда почти не названные), такие как геотермальная энергия и что биомассы.

Энергия биомассы или также называемая биоэнергетика он менее известен и используется, чем другие типы возобновляемых источников энергии. В этом посте мы узнаем все, что связано с этим типом возобновляемой энергии и его возможным использованием.

Что такое энергия биомассы или биоэнергия?

Энергия биомассы - это вид возобновляемой энергии, получаемой за счет сжигание органических соединений, полученных в результате естественных процессов. Это органические остатки, такие как обрезки, косточки олив, скорлупа орехов, остатки древесины и т. Д. Это от природы. Можно сказать, что это отходы природы.

Эти органические остатки сжигаются прямое сгорание или может быть преобразован в другое топливо например, алкоголь, метанол или масло, и таким образом мы получаем энергию. Из органических отходов мы также можем получить биогаз.

Различные источники получения биоэнергии

Основная характеристика биоэнергетики заключается в том, что это вид возобновляемые источники энергии и, следовательно, устойчивым для общества и его энергопотребления. Как я уже упоминал ранее, эта энергия получается за счет сжигания различных видов отходов, лесных или сельскохозяйственных, которые в противном случае вообще не использовались бы. Однако мы собираемся увидеть, какие типы источников биомассы используются для производства биоэнергии и для чего они используются:

Биоэнергетику можно получить через энергетические культуры, которые предназначены исключительно для этого. Это некоторые виды растений, которые до сих пор практически не выполняли никакой функции питания или жизнедеятельности человека, но которые являются хорошими производителями биомассы. Вот почему мы используем этот вид растений для производства биоэнергии.
Биоэнергетику также можно получить с помощью различных эксплуатация лесного хозяйства, когда лесные остатки нельзя использовать или продавать для других целей. Очистка этих лесных остатков имеет то преимущество, что, помимо содействия очистке территорий и выработке устойчивой энергии, она позволяет избежать возможных пожаров из-за сжигания остатков.

Еще одним источником отходов для производства биоэнергетики может быть использование lотходы промышленных процессов. Это могут быть столярные мастерские или фабрики, которые используют дерево в качестве сырья. Он также может поступать из одноразовых отходов, таких как оливковые косточки или миндальные скорлупы.

Как вырабатывается энергия биомассы?

Энергия, полученная из органических остатков, производится при их сгорании. Это горение происходит в котлы, в которых материал постепенно сгорает. В результате этой процедуры образуется зола, которую потом можно использовать в качестве компоста. Также может быть установлен аккумулятор для хранения избыточного тепла и использования этой энергии позже.

Котлы на биомассе

Основные продукты, полученные из биомассы

С органическими отходами можно использовать такие виды топлива, как:

Биотопливо: Их получают из органических остатков как животных, так и растений. По своей природе эти остатки возобновляемы, то есть они постоянно производятся в окружающей среде и не истощаются. Использование биотоплива позволяет заменить ископаемое топливо, получаемое из нефти. Для получения биотоплива можно использовать виды сельскохозяйственных культур, такие как кукуруза и маниока, или масличные растения, такие как соя, подсолнечник или пальмы. Также можно использовать лесные породы, такие как эвкалипт и сосны. Экологическое преимущество использования биотоплива заключается в том, что оно представляет собой замкнутый углеродный цикл. То есть углерод, который выделяется при сгорании биотоплива, уже был ранее поглощен растениями во время их роста и производства. Хотя в настоящее время это обсуждается, поскольку баланс поглощенного и выброшенного СО2 неуравновешен.

Биодизель: Это альтернативное жидкое биотопливо, которое производится из возобновляемых и домашних ресурсов, таких как растительное масло или животные жиры. Он не содержит нефти, биоразлагаем и не токсичен, поскольку не содержит серы и канцерогенных соединений.
Биоэтанол: Это топливо производится в результате ферментации и дистилляции крахмала, содержащегося в биомассе, который предварительно извлекается с помощью ферментативных процессов. Его получают из следующего сырья: крахмалов и злаков (пшеница, кукуруза, рожь, маниока, картофель, рис) и сахаров (тростниковая патока, свекольная патока, сахарный сироп, фруктоза, сыворотка).
Биогаз: Этот газ - продукт анаэробного разложения органических веществ. На захороненных свалках биогаз извлекается по трубопроводу для дальнейшего использования энергии.

Для чего используется биомасса и каково ее потребление на нашей территории?

В целом и более или менее похоже на геотермальную энергию, биомассу он используется для выработки тепла. На промышленном уровне мы можем найти использование указанного тепла для производства электроэнергии, хотя это более сложно и дорого. Чтобы использовать тепло, выделяемое при сгорании органических остатков, в домах устанавливают котлы на биомассе для отопления, а также для нагрева воды.

На нашей территории Испания находится в четвертый в странах, потребляющих наибольшее количество биомассы Испания - европейский лидер по производству биоэтанола. Статистика показывает, что биомасса в Испании достигает почти 45% производства возобновляемых источников энергии. Андалусия, Галисия и Кастилия-Леон являются автономными сообществами с самым высоким потреблением из-за присутствия компаний, потребляющих биомассу. Эволюция потребления биомассы порождает новые технологические возможности и все чаще разрабатывается для ее использования в производстве электроэнергии.

Котлы на биомассе и их работа

Котлы на биомассе используются в качестве источника энергии на биомассе и для выработки тепла в домах и зданиях. Они используют природное топливо, такое как древесные гранулы, косточки оливок, лесные остатки, скорлупа орехов и т. д. Они также используются для нагрева воды в домах и зданиях.

Работа аналогична работе любого другого котла. Эти котлы сжигают топливо и генерируют горизонтальное пламя, которое попадает в водяной контур теплообменника, тем самым получая горячую воду для системы. Чтобы оптимизировать использование котла и органических ресурсов, таких как топливо, можно установить аккумулятор, который накапливает произведенное тепло аналогично тому, как это делают солнечные батареи.

Для хранения органических отходов, которые будут использоваться в качестве топлива, котлы должны контейнер для хранения. Из этого контейнера с помощью бесконечного шнека или всасывающего устройства он доставляется в котел, где происходит сгорание. При сгорании образуется зола, которую необходимо сливать несколько раз в год и накапливать в пепельнице.

Типы котлов на биомассе

Выбирая, какой тип котлов на биомассе мы собираемся покупать и использовать, мы должны проанализировать систему хранения и систему транспортировки и обработки. Некоторые котлы позволяют сжигать более одного вида топлива, в то время как другие (например, пеллетные котлы) позволяют сжигать только один вид топлива.

Котлы, позволяющие сжигать более одного вида топлива увеличенная емкость хранилища так как они большего размера и мощности. Обычно они предназначены для промышленного использования.

С другой стороны, мы находим егокак пеллетные котлы которые являются наиболее распространенными для средних мощностей и используются для отопления и горячего водоснабжения с помощью аккумуляторов в домах площадью до 500 м2.

Преимущества использования энергии биомассы

Среди преимуществ, которые мы находим в использовании биомассы в качестве энергии, мы имеем:

Это возобновляемая энергия. Речь идет об использовании отходов, образующихся в природе, для производства энергии. Вот почему у нас есть неиссякаемый источник энергии, ведь природа постоянно производит эти виды отходов.
Снижает выбросы парниковых газов. Как мы упоминали ранее, выбросы, которые мы производим при их сжигании, ранее поглощались культурами во время их роста и производства. Сегодня это вызывает споры, поскольку баланс выбрасываемого и поглощенного СО2 не сбалансирован.

Цена на рынке низкая. Такое использование энергии, содержащейся в биомассе, очень экономично по сравнению с ископаемым топливом. Обычно это стоит на треть меньше.
Биомасса - богатый ресурс во всем мире. Практически во всех местах на планете отходы образуются в природе и могут быть использованы для использования в своих целях. Кроме того, как правило, нет необходимости в крупной инфраструктуре, чтобы довести отходы до точки сгорания.

Недостатки использования энергии биомассы

Недостатков использования этой энергии немного, но их необходимо учитывать:

В некоторых районах из-за более сложных условий добычи биомассы, может быть дорого. Это также имеет тенденцию происходить в проектах использования, которые включают сбор, переработку и хранение некоторых типов биомассы.
Нужны большие площади для процессов, используемых для получения энергии биомассы, особенно для хранения, поскольку остатки имеют тенденцию иметь низкую плотность.
Иногда использование этой энергии может нанести ущерб экосистемам или фрагментация из-за деятельности по сбору биомассы и изменения природных пространств для получения ресурсов.

С этими идеями вы сможете получить более широкое представление об этом типе возобновляемой энергии. Однако в другой раз я расскажу вам больше о типах котлов на биомассе, их работе, типах и преимуществах, а также о вышеупомянутом споре о выбросах в атмосферу.

Содержание статьи соответствует нашим принципам редакционная этика. Чтобы сообщить об ошибке, нажмите здесь.

Альтернативные, или нетрадиционные источники энергии – это ресурсы природы, которые можно использовать для получения электричества. Сюда относятся солнце, ветер, и даже энергия земли, биомасс, сточных вод и отходов. По прогнозам, с помощью биогенного горючего можно получать до 49% электроэнергии, а также 16-22% – от энергии ветра и воды.

Виды, преимущества и недостатки разных альтернативных источников энергии

У каждого типа нетрадиционной энергетики есть свои плюсы и минусы, а также особенности организации процесса для получения электричества.

Солнечная энергия

Преобразование энергии солнца происходит с помощью особых технологий. Сложность обработки солнечной энергии выступает в качестве недостатка этого источника:

излучение имеет низкую плотность и непостоянно, поэтому существующие технологии имеют ряд ограничений;
в некоторых странах из-за низкого уровня солнечного излучения реализовать методику нецелесообразно.

Среди преимуществ можно выделить абсолютную экологическую безопасность солнечной энергии и отсутствие вмешательства в геологию Земли.

На солнечной энергии работают космические станции и спутники. Широкое распространение получили солнечные панели в некоторых странах – ими оснащают крыши домов.

Геотермальная энергетика

Геотермальный метод получения энергии построен на принципе преобразования тепла мантии и ядра Земли (чаще всего источником служат пароводяные резервы). Преобразование природного пара – процесс трудоемкий, так как требуется строительство труб и турбин, проводящих его с глубины от 2-3 км. Однако стоимость электроэнергии на выходе получается не слишком высокой.

Недостаток метода – вероятность оседания грунта и повышения сейсмической активности, поэтому в опасных районах этот источник альтернативной энергии неприменим.

Ветровая энергетика

Для реализации метода требуется ветряная электростанция. Одно из преимуществ такого источника энергии – это дешевое оснащение. Но недостаток – сильная зависимость от погодных условий, требуется постоянный контроль состояния. А еще ветровые электростанции могут создавать помехи для радиоволн.

Важно! Обширное использование ветряных электростанций может стать причиной недостаточной вентиляции промышленных районов, что приведет к ухудшению экологической обстановки.

Также для ветряных станций требуются большие площади, поэтому реализация в густонаселенных регионах затруднена. Однако ветряные источники энергии используются в некоторых странах Европы и Америки для снабжения небольших поселений.

Волновая энергетика

В этом способе для получения электричества используется энергия волн. В отличие от альтернативных источников, описанных выше, волновая энергия отличается большей ударной мощностью. Это самый многообещающий способ получения энергии в перспективе освоения океанов.

Важно! Все виды естественной энергии – ветер, солнце, волны – относятся к возобновляемым источникам.

Самый яркий пример традиционного использования волновой энергии – гидроэлектростанции, но он не единственный. Целесообразно строительство волновых станций в районах с мощными приливами (колебание больше 4 м).

Среди недостатков можно выделить небольшую мощность, строительство только возле побережья, а также цикличность работы – всего 2 раза в сутки. Экологическая безопасность такого способа получения энергии под вопросом, ведь станции нарушают баланс соленой и пресной воды, что несет угрозу морской жизни.

Новейшая технология получения энергии волновым путем – аэро ГЭС. Они работают по принципу конденсации влаги из атмосферы, однако до внедрения этой технологии в жизнь еще далеко.

Градиент-температурная энергетика

В основе этого метода лежит баланс температур. Для строительства станций требуется морское побережье. Поглощая до 70% солнечной энергии, мировой океан становится отличным источником температурных ресурсов. Однако нагрев и выделение углекислой кислоты при обработке морской воды нарушают экологическую обстановку. Среди преимуществ можно выделить только то, что ресурс крайне обширен.

Биомассовая энергетика

Под этим понятием скрывается процесс гниения биологических отходов и ресурсов – в результате выделяется биологический газ с большим содержанием метана. Его можно использовать для обогрева помещений и выработки электричества.

Больше всего такой источник энергии используется в сельскохозяйственных предприятиях. Это безотходное производство, так как гниющие продукты потом используются для удобрения. Кроме растений и навоза, можно использовать быстрорастущие водоросли.

Главный недостаток теплового источника – КПД не превышает 6% и для обеспечения нужд мегаполиса энергией такой метод не подойдет.

Энергия молнии

Один из самых новых альтернативных методов получения электричества – сбор энергии молний, попадающих в землю. Пока что проект находится на стадии разработки – установки для улавливания молнии еще не готовы.

Это дорогостоящий, но окупающийся метод, ведь 1 молния способна обеспечить целый район крупного города энергией на некоторое время. Но уже сейчас можно выделить главный недостаток – зависимость от частоты гроз.

Роль и значение альтернативной энергетики

Альтернативные источники энергии в России

В России в разных регионах интегрируется практическое использования следующих альтернативных источников энергии:

Солнечная энергия. Самая большая трудность – это законодательное и финансовое обеспечение станций, собирающих солнечную энергию. Наибольший потенциал такого способа получения энергии сосредоточен в южных регионах, а также на севере – в Якутии и Магаданской области.
Гидроэнергетика. ГЭС после АЭС занимают 2 место по способам производства электроэнергии, и перспективы у этого метода достаточно большие.
Геотермальная энергетика. Геотермальные ресурсы России в 10 раз богаче, чем залежи нереализованного угля. Самый перспективный край – Камчатка, где на глубине чуть больше 3 км заложен пар температурой 200 градусов. Большим потенциалом также обладает Кавказ и Краснодарский край.
Биогаз. Активно развивающаяся отрасль энергетики, востребованная в России. Есть даже предприятия, которые начали производство установок.
Приливная энергетика. Наиболее перспективны города, расположенные на побережье.
Ветроэнергетика. На территории России ветрогенные установки используются со времен СССР: на территории Калининграда, в заполярье, Башкортостане и Чувашии. Потенциал у этого метода в РФ обширен, поэтому ветроэнергетика активно развивается.

Альтернативные источники энергии – один из вопросов сохранения окружающей среды и ресурсов планеты, который изучается тысячами специалистов. Каждый день ищутся новые решения и разрабатываются методы для получения энергии из ветра, солнца, воды. Но сфера изучена недостаточно и многие задачи только предстоит решить.

Читайте также: