Биоэнергетические установки

Вклад биотоплива в мировое производство энергии

В 2000 г. мировой рынок биотоплив оценивался 866 млн дол., в 2004 г. – 1,28 млрд дол., а к 2015 г. этот показатель достигнет 2,14 млрд. дол.[6].

Прогнозируется, что в следующем десятилетии около 18 млрд. дол. будет инвестировано в крупномасштабное производство тепловой энергии с дальнейшей выработкой электрической и локальной тепловой энергии – 13,9 млрд дол. (78 % инвестиций); производство биогаза – 1,3 млрд дол. (7 %). Биогазовые заводы по мощности значительно уступает крупным предприятиям по производству тепловой и электрической энергии из биомассы. Но централизованные биогазовые заводы по переработке отходов животноводства и пище­вой индустрии (не менее 10 тыс. т/год), на которых про­изводится не менее 0,15 МВт тепловой энергии, а также электрическая энергия и топливо для двигателей играют важную роль вследствие их вклада в переработку отходов и защиту окружающей среды – в радикальное решение проблем экологии. Кроме того, в производство лендфиллгаза (биогаза из мусорных свалок) будет вложено 2,7 млрд дол. (15 % инвестиций) для получения тепловой и электрической энергии.

Вклад биомассы в мировую энергетику в 2001 г. составил 1,1 – 1,2 млрд т нефтяного эквивалента (н.э.) при вкладе всех возобновляемых источников энергии (ВИЭ) – 1,36 млрд т н.э. и общем количестве топлива для производства энергии – 10 млрд т н.э.

Прогнозируется, что к 2040 г. общее потребление энергии в мире достигнет 13,5 млрд т н.э. (100 %), вклад всех ВИЭ составит 6,44 млрд т н.э. (47,7 %), а вклад биомассы будет равен 3,21 млрд т н.э. (23,8 %).

В 2003 г. доля биомассы в общем энергетическом балансе Европейского союза (15 стран, до вступления 10 восточно-европейских стран в 2004 г.) составила 3,6 %, что несколько выше, чем вклад всех остальных возобновляемых источников энергии (3,4 %).

Основными направлениями использования биомассы в энергетике Европейского союза выступают следующие:

– производство пиллет (цилиндрических брикетов) и древесной щепы для непосредственного сжигания;

– получение синтезгаза (биосингаза, сингаза) и биометанола для нужд транспорта;

– производство биоэтанола (спирта), биодизельного топлива, биоводорода и биогаза.

Производство пиллет включает в себя пять основных стадий: складирование и подготовка сырья; сушка сырья до влажности 18 – 19 %; изготовление пиллет; их охлаждение; упаковка и складирование.

Пиллеты имеют следующие характеристики: теплота сгорания 17 – 18 МДж/кг; плотность 650 – 700кг/м ; диаметр 6 – 16 мм; длина 20 – 30 мм; со­держание золы 0,4 – 1,0 %; влажность 1 – 12 %.

По теплоте сгорания 3 м³ древесных пиллет экви­валентны 1 м³ нефти Стоимость 1 т пиллет составляет 60 – 90 евро. Они могут быть использованы для производства синтезгаза и биоводорода, для быстрого пиролиза, получения метанола, газификации и прямого сжигания.

Прямое сжигание

В странах Европейского союза для получения тепловой и электрической энергии широко используется сжигание пиллет. В 1992 г. в графстве Суффолк (Англия), в местечке Аи, введен в эксплуатацию завод по сжиганию птичьего помета и производству электроэнергии (мощность 12,7 МВт) для обеспечения 22 тыс. домов. Второй аналогичный завод мощностью 13,5 МВт построен в 1993 г. в местечке Гланфорд графства Линкольншир. Третий завод (местечко Тетфорд, графство Норфолк) – самый крупный в Европе по выработке электроэнергии из биомассы – построен в 1998 г. (он сжигает до 450 тыс. т/год птичьего помета и других видов биомассы, обеспечивает электроэнергией 93 тыс. домов и имеет мощность 38,5 МВт). Этот завод строили в течение 2 лет, общий объем инвестиций составил 133 млн дол. Такие заводы могут представлять значительный интерес для крупных российских птицефабрик.

Пиролиз

Пиролизобычно применяется при переработке лигноцеллюлозного материала без доступа воздуха для получения жидких органических топлив.

В Канаде (провинция Онтарио, компания «Дина Мотив энерджи систем») работает завод по получению путем пиролиза жидких органических топлив, перерабатывающий древесные отходы, – 200 т/сут.

Для процесса пиролиза можно использовать до 20 видов биомассы: кукурузную шелуху, багассу, еловую и сосновую древесину, древесину лиственницы, бере­зы, черного тополя, кедра, солому, ТБО и т.д.

Из 1 т исходного сырья получают 58 – 80 % жидких органических топлив.

Наилучшим сырьем является кукурузная шелуха, из 1 т которой получается до 80 % жидких органических топлив, 12 % активированного угля, 7 % газов. Сосново-еловая древесина (смесь) позволяет получать до 70% жидких органических топлив, 14 % угля и 13 % газов; солома пшеницы – 58 % жидких органических топлив, 18 % угля и 24 % газов.

Газификация биомассы

В этой области биоэнергетики Россия имеет определенные успехи по созданию современного оборудования для газификации твердой биомассы (древесины, лузги, ТБО).

В компании «Энерготехника» (Санкт-Петербург) создано несколько типов газогенераторов:

Г-ЗМ – мощность 4 МВт, топливо лузга подсолнечника, расход топлива 30 т/ч, КПД 86 %, выход сухого газа 39000 м³, место установки г. Пологи (Запорожская обл., Украина);

Г-50 – мощность 100 кВт, расход топлива 40 кг/ч, КПД 76 %, выход сухого газа 70 м³/ч;

УТГ-600 – мощность 600 кВт, КПД 83 %, выход сухого газа 500 м³ /ч, расход топлива 380 кг/ч.

При переработке указанных потенциальных объемов древесины и соломы методами газификации можно получать биосингаза до 85 млрд. м /год, стоимостью 15 млрд евро (табл.9.3).

Таблица 9.3

Производство биоэтанола из разных культур [7]