|
ЭНЦИКЛОПЕДИЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ Биоэнергетические установки. Биомасса, как постоянно возобновляемый источник топлива
Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники/ Альтернативные источники энергии Биомасса - термин, объединяющий все органические вещества растительного и
животного происхождения. Биомасса делится на
первичную (растения, животные, микроорганизмы и т.д.) и вторичную - отходы при
переработке первичной биомассы и продукты жизнедеятельности человека и животных.
В свою очередь отходы также делятся на первичные - отходы при переработке
первичной биомассы (солома, ботва, опилки, щепа, спиртовая барда и т.д.) и
вторичные - продукты физиологического обмена животных и человека.
Ежегодное количество органических отходов по разным отраслям народного хозяйства
России составляет более 390 млн. т. Сельскохозяйственное производство дает
250 млн. т, из них 150 млн. т приходится на животноводство и птицеводство, 100
млн. т - на растениеводство. Лесо- и деревопереработка дают 700 млн. т, твердые
бытовые отходы городов - 60 млн. т, коммунальных стоков - 10 млн. т (все
приведенные значения даются на абсолютно сухое вещество).
Энергия, запасенная в первичной и вторичной биомассе может конвертироваться в
технически удобные виды топлива или энергии несколькими путями.
На современном этапе экономического развития России в соответствии с
Государственной научно-технической программой "Экологически чистая энергетика"
возобновляемая энергетика развивается по двум последним направлениям.
Термохимическая конверсия биомассы
Наиболее активно ведется разработка и создание оборудования для газификации
твердой биомассы с целью создания автономных тепло- и электростанций, работающих
на генераторном газе.
На базе таких газогенераторов могут создаваться автономные, не зависящие от
централизованного энергоснабжения установки или станции для тепло- и
электроснабжения потребителей в любых регионах страны, имеющих сырье и лишенных
энергоснабжения. К этим регионам прежде всего относятся районы Сибири, Крайнего
Севера, а также большинство сельских районов, располагающих отходами
лесопроизводства (опилки, кора, щепа, хлысты, пни) и растениеводства (солома
любая, стебли подсолнечника, кукурузы и т. д.).
Биотехнологическая конверсия биомассы
При биотехнологической конверсии, как правило, используется биомасса и прежде
всего разнообразные органические отходы с влажностью не менее 75%.
Биологическая конверсия биомассы в топливо и энергию развивается по двум
основным направлениям:
В настоящее время получение биогаза связано прежде всего с переработкой и
утилизацией отходов животноводства, птицеводства, растениеводства, пищевой,
спиртовой промышленности, коммунально-бытовых стоков и осадков.
По разрабатываемой технологии, основные этапы которой проверены в
производственных условиях, жидкий помет предварительно обрабатывается
коагулянтами-флокулянтами для флокуляции основ - ной массы органических веществ.
Последние удаляются центрифугами-сепараторами производительностью 25 и 50 м3/ч.
Получаемая паста влажностью 70% подвергается термическому компостированию с
получением органических удобрений (33-35 т/сут). Жидкая фракция с влажностью 99%
сбраживается в метантенках "второго поколения" с закрепленной микрофлорой со
временем удерживания 5 сут. Расчетный выход биогаза 2500 мз/сут с теплотой
сгорания 23-25 тыс. кДж/м3 (при нормальных условиях). Сброженная масса (360-370
м3) доочищается в системе прудов с площадью зеркала 20 га. При такой технологии
объем капитальных вложений уменьшится в 5-6 раз. Площадь зеркала прудов и
изъятие под них земель сократятся в 6 раз. Серьезная проработка
потребуется при создании метантенка "второго поколения" и подборе
носителей-подложек для закрепления микрофлоры.
Создание многоукладного сельскохозяйственного производства в России и появление
новых собственников в лице фермеров и самостоятельных крестьян потребовало
разработки, создания и освоения производства биогазовых систем небольшой
мощности и простых в эксплуатации.
В естественных условиях разрушение любых видов биомассы, и в том числе навоза
животных, происходит в почвенном гумусе путем разложения на элементарные
соединения под действием разлагающих организмов, грибов, бактерий. Для этого
процесса предпочтительны сырость, тепло и отсутствие света. На конечной
стадии процесса полное разложение происходит под действием множества бактерий,
классифицируемых либо как аэробные, либо как анаэробные. Аэробные бактерии
развиваются преимущественно в присутствии кислорода, с их участием углерод
биомассы окисляется до СО2. В замкнутых объемах с недостаточным поступлением
кислорода из внешней среды развиваются анаэробные бактерии, также существующие
за счет разложения углеводов.
В конечном итоге за счет их деятельности углерод
делится между полностью окисленным СО2 и полностью восстановленным СН4.
Питательные вещества, такие как растворимые соединения азота, сохраняются в
качестве удобрений почвенного гумуса. Совершаемые микроорганизмами реакции
разложения биомассы также относятся к процессам ферментации, однако, для
процессов, идущих в анаэробных условиях, чаще предпочитают термин "брожение"
("сбраживание").
Биогаз - смесь СН4 и СО2, образующаяся в специальных устройствах
- биогазогенераторах (рис. 5.1), устроенных и управляемых таким образом, чтобы обеспечить
максимальное выделение метана (в литературе для этих устройств еще можно
встретить название "метантэнк"). Энергия, получаемая при сжигании биогаза,
может достигать от 60 до 90% исходной, которой обладает сухой исходный
материал. Однако газ получают из жидкой массы, содержащей 95% воды, так что на
практике выход достаточно трудно определить. Другое и, по-видимому, очень важное
достоинство процесса то, что в его отходах содержится значительно меньше
болезнетворных организмов, чем в исходном материале. Правда, отметим, что не все
паразиты и патогенные микроорганизмы погибают в процессе анаэробного
сбраживания.
Получение биогаза становится экономически оправданным и предпочтительным, когда
соответствующий биогазогенератор работает на переработке существующего потока
отходов. Примерами подобных потоков могут служить стоки канализационных систем,
свиноферм, скотобоен и т. п. Экономичность в этом случае связана с тем, что нет
нужды в предварительном сборе отходов, в организации и управлении процессом их
подачи. Известно, сколько и когда поступит отходов, и остается лишь переработать
их в биогаз и удобрения.
![]() Рис.5.1. Разновидности биогазогенераторов (нажмите для увеличения): 1 - ввод материала; 2 - газопровод; 3 - съемная крышка; 4 - вывод переработанного материала; 5 - разделительная стенка; 6 - ферментатор; 7 - газ; 8 - приемник; 9 - клапан; 10 - мешалка; 11 - стекло; 12 - емкость для продуктов переработки; 13 - газогенератор; 14 - подача газа; 15 - горелка; 16 - теплообменник; 17 - водяной газгольдер
Получение биогаза возможно в установках самых разных масштабов. Оно особенно
эффективно на агропромышленных комплексах, где целесообразно добиваться
реализации полного экологического цикла. В таких комплексах навоз подвергают
анаэробному сбраживанию с последующей аэробной обработкой в открытых бассейнах. Биогаз
используют для освещения, приведения в действие механизмов,
транспорта, электрогенераторов, для обогрева. В бассейнах можно выращивать
водоросли, идущие на корм скоту. После аэробной ферментации полностью
обработанные отходы, до того как быть использованными в качестве удобрений,
могут подаваться в рыбные садки и пруды для разведения водоплавающей птицы.
Успех реализации подобных схем прямо зависит от качества системной проработки
всего проекта, степени стандартизации конструкций, регулярности обслуживания.
Автор: Магомедов А.М.
раздел сайта Цветомузыкальные установки журналы Новости электроники (годовые архивы) книга Временные системы телеуправления на магнитных и ионных элементах, 1966 книга Автоматические устройства контроля и управления. Борисов Н.М., 1976 статья Иваны, родства не помнящие статья Свету ли провалиться, или мне чаю не пить? сборник Архив схем и сервис-мануалов мобильных телефонов Maxon
|