Официальный сайт — mrsk-1.ru Деление источников энергии на возобновляемые и невозобновляемые
В регионах важное значение имеет оптимальное использование возобновляемых источников энергии и местных видов топлива. К местным видам топлива относятся в первую очередь торф и дрова.
Общие запасы торфа на территории Российской Федерации оцениваются в размере 162,7 млрд. т (торфа 40% влажности). Наиболее обеспечены торфяными ресурсами районы Европейского Севера, Западной Сибири, Урала и Северо-запада страны. В этих районах торфяная промышленность и использование торфа могут занять заметное место.
Торф является природным ресурсом, запасы которого могут при соответствующих условиях возобновляться. Ежегодный прирост торфа на болотах России составляет 250 млн. т (при влажности 40%).
Благодаря низкой трудоемкости и энергоемкости добычи топливного торфа, простоте транспортных схем и коротким расстояниям вывозки, торф сохраняет конкурентоспособность с другими видами ввозимого твердого топлива на ограниченное расстояние. Кроме того, торф характеризуется низким содержанием серы и золы, что дает низкие уровни вредных выбросов при его сжигании.
Важным местным видом топлива, особенно в целях теплоснабжения, являются городские бытовые отходы. Необходимо создание условий для вовлечения их в энергетический баланс, обеспечивая одновременно и решение экологических проблем.
Для децентрализованных потребителей необходимо использовать также древесные и сельскохозяйственные отходы.
Необходимость развития возобновляемой энергетики определяется ее ролью в решении следующих проблем:
• обеспечение устойчивого тепло- и электроснабжения населения и производства в зонах децентрализованного энергоснабжения, в первую очередь в районах Крайнего Севера и приравненных к ним территориях;
• обеспечение гарантированного минимума энергоснабжения населения и производства в зонах централизованного энергоснабжения, испытывающих дефицит энергии, предотвращение ущербов от аварийных и ограничительных отключений;
• снижение вредных выбросов от энергетических установок в городах и населенных пунктах со сложной экологической обстановкой, а также в местах массового отдыха населения.
Неистощаемость и экологическая чистота этих ресурсов обуславливают необходимость их интенсивного использования.
В настоящее время экономический потенциал ВИЭ существенно увеличился в связи с подорожанием традиционного топлива и удешевлением оборудования возобновляемой энергетики за прошедшие годы.
Развитие индустрии ВИЭ в большой степени могло бы способствовать развитию собственной энергетической промышленности, созданию дополнительных рабочих мест, реализации до сих пор имеющегося в России весьма высокого научно-технического потенциала.
Не забудь поделиться страницей с друзьями:
Проблемы современной российской энергетики
В связи с этим в аннотации обсуждаются выгоды, возникающие от производства местного топлива: социальные, экологические, экономические.
Проблемы современной российской энергетики и перспективы использования возобновляемых источников энергии и местных видов топлива
Принципиальным недостатком современной энергетики следует назвать опору на быстро истощающиеся источники энергии — нефть и газ, которые в сумме составляют 50% энергобаланса страны. Объявленная Правительством Российской Федерации стратегия развития энергетики до 2030 года предусматривает дальнейшее механическое увеличение добычи этих видов энергоресурсов: до 530 млн тонн нефти и до 935 млрд кубометров. метров газа в 2030 году.
Между тем, по оценке Петербургского горного института, обеспеченность России прибыльными запасами нефти составляет 10 лет, а газа — 20 лет. Более того, речь идет, в основном, о заповедниках, разработка которых еще не началась.
Не менее существенный недостаток современной энергетической модели состоит в том, что эти быстро истощающиеся ресурсы расходуются не только на внутренние нужды России, но и в больших объемах вывозятся на экспорт.
Существующая энергетическая стратегия предусматривает не только увеличение физического объема экспорта энергоносителей, но и значительное увеличение доли экспорта в общем объеме производства.
При такой энергетической политике в ближайшие 20 лет российская промышленность и экономика будут стагнировать из-за острой нехватки энергии и топлива. Уже в настоящее время в России электроэнергетика не только не опережает развитие производства, но и существенно отстает, в результате чего формируется дефицит электроэнергии. Проект энергетической стратегии до 2030 года, разработанный Правительством Российской Федерации, лишь убеждает в том, что острый энергетический дефицит в России будет сохраняться и нарастать.
Следует также отметить некоторые структурные недостатки Единой энергетической системы. В России наблюдается односторонний подход к развитию энергетики, выражающийся в механическом увеличении генерирующих мощностей (в частности, проекты строительства около 40 АЭС, нескольких крупных гидроэлектростанций в Восточной Сибири).. Такой подход сформировался в СССР, когда на его основе была сформирована крупнейшая и лучшая по техническому оснащению энергосистема — Единая энергосистема.
Однако при всех своих достоинствах эта система имела определенные недостатки:
Текущая ситуация в энергетическом секторе усугубляется крайней неэффективностью инвестиций в этот сектор.
Таким образом, российскую экономику в ближайшие 20 лет и далее, даже при самых благоприятных внешних условиях, ожидает длительная стагнация из-за недостаточных энергетических мощностей, структурных дефектов топливно-энергетического комплекса и внешнеэкономических приоритетов. И как следствие — дефицит энергии на внутреннем рынке. Это одна из важнейших проблем для дальнейшего развития экономики России, которую необходимо решать, применяя новые подходы и технологии.
Предыдущая стратегия развития энергетики России, как показывает практика, не способна решить основные энергетические проблемы России хотя бы потому, что основной задачей этой стратегии было увеличение физического объема и доли экспорта энергоносителей.
Основная роль в формировании нового облика отечественной энергетики может и должна принадлежать ряду недавно разработанных технологий в области возобновляемых источников энергии, переработки местных топливных и нетопливных отходов.
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии и местных видов топлива
К нетрадиционным (альтернативным) источникам возобновляемой энергии относятся:
а) Геотермальная энергия;
б) Солнечная энергия;
в) Ветряная энергия;
г) Энергия, получаемая различными способами из бытовых и промышленных отходов;
д) Энергия, получаемая из биомассы.
В Западной Европе и США в национальных масштабах находят применение все вышеперечисленные виды источников энергии. В зависимости от особенностей региона в структуре использования альтернативной энергии преобладает тот или иной источник. В частности, в Исландии, Дании и нескольких штатах США широко используется практика получения тепла от геотермальных источников.
В Норвегии повсеместно используются гидроэнергетические установки малой мощности. В равнинных районах устанавливаются ветряные электростанции, в южных регионах — солнечные батареи.
В последней четверти 20 века по Европе прошел «бум» строительства установок по получению энергии из бытовых и промышленных отходов. В странах с достаточным количеством лесов активно внедряются технологии сжигания биомассы, как в виде сырья (опилок, щепы), так и в виде облагороженного биотоплива (upgraded biofuel).
Таким образом, мы видим, что использование нетрадиционных видов энергии возможно лишь в том случае, когда удовлетворяются оба условия: источник топлива является возобновляемым и доступным для использования на данной территории.
Альтернативные источники топлива в карельских условиях
Из всех вышеперечисленных видов альтернативной энергии обоим условиям удовлетворяют лишь последние два: муниципальные отходы и биомасса. Тот факт, что Карелия в силу целого ряда причин вынуждена постепенно переходить от использования традиционных видов топлива на местные источники энергии, сомнения не вызывает. Среди причин можно назвать следующие:
— тяжелое состояние энергетических систем, низкий КПД источников и теплопотери, связанные с физическим и моральным износом оборудования и инфраструктуры
— дороговизна поставляемого топлива и тенденция к дальнейшему увеличению цены
— плохое качество ввозимого ископаемого топлива и т.д.
Необходимо осознать, что для каждого конкретного случая необходимо находить собственное, индивидуальное решение проблемы тепло- и электроснабжения, в т.ч. в ситуации выбора между традиционным и нетрадиционным источником энергии. Для некоторых районов решение, в частности, может быть найдено в использовании природного газа, но для этого необходимы крупные инвестиции со стороны республики, связанные с развитием газовой инфраструктуры. Активному развитию «газовой энергетики» в Карелии должно способствовать обещание, данное В.В. Путиным, который заявил, что в течение ближайших 5 лет цены на природный газ не поднимутся более чем на 50% к уровню 2002 года.
Тем не менее, европейский опыт показывает, что и при наличии газопровода на каждом объекте необходимо предусмотреть возможность получения тепла с использованием «запасного» вида топлива. Это помогает лучше контролировать ситуацию в случае возникновения форс-мажорных обстоятельств, связанных с влиянием внешней среды. Показательным примером может служить запуск в Дании мощной установки по Комбинированному Производству Тепла и Электроэнергии (КПТЭ), работающей на основе «мультитопливной» концепции.
Станция может эффективно работать на природном газе, на биотопливе (древесные гранулы и солома, которая является одним из типичных видов биотоплива в Дании и других странах, где нет необходимости транспортировать ее на большие расстояния), а также на дизельном топливе. Модуль Avedor 2 построен в пригороде Копенгагена и снабжает теплом и электричеством северную часть крупнейшего города в Дании.
Идея использования различных видов топлива:
Для того чтобы определить, какой вид топлива предпочтительнее в том или ином районе Карелии, необходимо проведение маркетинговых исследований, а также инвентаризации и энергоаудита существующих объектов теплоэнергетики. Кроме того, необходимо составить прогноз развития промышленности района на среднесрочную перспективу (5 лет). Только после решения всех вышеперечисленных задач можно принимать решение относительно теплоэнергетического развития района, ставить стратегические цели и приступать к разрешению практических проблем.
Получение энергии с использованием муниципальных отходов
Существует ряд технологий получения энергии из муниципальных отходов. Среди них — разделение мусора по видам и сжигание того, что можно сжечь; улавливание газов, выделяющихся на свалках для получения тепла и т.д. Но все эти технологии также требуют серьезных интеллектуальных, технологических, временных и финансовых затрат. Даже обладая большим объемом теоретической и практической информации по этому вопросу, приходится признать, что для карельских условий получение тепла и энергии с использованием технологий переработки и сжигания отходов пока остается далекой перспективой.
Основная причина: отсутствие у населения Карелии (равно как и всей России) культуры раздельного сбора отходов, без которой невозможно наладить эффективный процесс использования муниципальных отходов. Для пропаганды такой культуры необходимо было бы потратить немало финансовых и временных ресурсов, поскольку подсознание человека менее всего поддается внешнему влиянию, а личные установки могут не измениться на протяжении всей жизни.
Кроме того, такие отходы можно сжигать только в установках большой мощности, иначе не достичь необходимого эффекта. Подобные установки требуют не только больших вложений в сам источник тепла (и в систему очистки топочных газов от всевозможных вредных примесей), но и в тепловые магистрали и трубопроводы.
В Европе были также сделаны попытки произвести гранулы из Твердых Городских Отходов (ТГО). Такое решение могло бы стать приемлемым, если бы в ТГО отсутствовали бумажные отходы. В реальности они составляют существенную часть ТГО, вследствие чего возникают проблемы, связанные с компонентами, использующимися при ее производстве (глина и др.). К тому же ТГО содержат много тяжелых металлов и т.п. (люди выбрасывают старые элементы питания, батарейки, различные запчасти от старых приборов и т.д.). Эти факторы влияют на то, что очистка отработанных газов становится неприемлемо дорогой.
Использование биотоплива в качестве альтернативного источника энергии
Понятия и определения:
а) Биотопливо — топливо биологического происхождения и подразделяется на различные группы в зависимости от происхождения, методов производства и фракции.
б) Лесное топливо — топливо, которое ранее не использовалось вообще. К этому виду топлива относится топливо, произведенное из стволов, веток и верхушек, коры и пней, а также топливо, произведенное из остатков лесной промышленности и побочных продуктов, таких как кора, щепа и стружки.
в) Первоначальное лесное топливо — топливо, поступающее непосредственно из леса.
г) Энергетическое лесное топливо — топливо, производящееся из быстрорастущих видов дерева, которые выращиваются специально для энергетических целей.
д) Древесное топливо — все виды топлива, для которого дерево или части дерева являются исходным материалом и где не происходит никакой химической обработки. Примеры: кора, опилки, стружка, щепа, обрезки и т.д.
е) Переработанное древесное топливо — топливо, которое раньше использовалось в других целях. Сырье идет из строительной и упаковочной промышленностей.
ж) Облагороженное древесное топливо — топливо, получаемое через дальнейшую переработку древесного топлива, которое служит сырьем для получением последнего. Примеры: топливные брикеты, гранулы, древесный порошок (пудра).
з) К биотопливу относятся также: торф, отходы сельского хозяйства и животноводства, в т.ч. солома, шелуха от зерен, помет и навоз, биогаз и др.
В том случае, если по результатам исследований и экономических расчетов выбор делается в пользу биотоплива, необходимо предпринять следующий шаг — определиться с использованием того или иного (из вышеперечисленных) вида биотоплива. Проведем анализ положительных сторон и недостатков (ограничений) при использовании в Карельских условиях наиболее распространенных для получения тепла и электроэнергии видов биотоплива: коры, торфа, опилок, щепы, гранул и брикетов.
Кора хвойных пород древесины иногда используется в качестве топлива для получения тепловой энергии. К очевидным достоинствам коры как топлива относится ее доступность, т.к. она не является дефицитным материалом, использующимся в каком-либо серьезном производстве. Кору можно рассматривать в качестве дешевого топлива для Карелии, хотя цена на нее в соседней Финляндии достигает 4,2 ЕВРО за насыпной кубометр.
При этом у коры есть и существенные недостатки. Во-первых, она обладает более низким содержанием энергии, чем другие виды древесного биотоплива. Во-вторых, у коры всегда большая влажность, поскольку ее никогда не сушат. Эти две проблемы вызывают третью: увеличение инвестиций в источники тепла на коре.
Кроме того, необходимо подчеркнуть, что при падении ствола на землю на делянке, практически невозможно избежать попадания в кору частиц песка и грунта. Следовательно, кора сама по себе содержит проблемы: песок и кора вырабатывают шлаки. А шлаки — один из главнейших врагов котельного оборудования.
В Карелии имеется в наличии большое количество торфа, который может использоваться в качестве топлива. Торф оставался долгое время «кризисным топливом», однако в последнее время в некоторых европейских странах он стал топливом для систем централизованного теплоснабжения. Торф может быть использован в той же сжигающей установке, что и щепа, и энергоемкость практически такая же, как у топлива из древесной массы. Торф в качестве топлива может использоваться двумя способами: непосредственно как высушенный торф, либо в форме брикетов. Торф в виде брикетов обладает высоким содержанием энергии и низкой влажностью.
С торфом связаны также и некоторые неудобства. Во-первых, торф должен добываться исключительно в летние месяцы и высушиваться на солнце настолько, насколько позволяют погодные условия. Не смотря на это, в торфе будет содержаться достаточно много влаги, которую можно удалить обычным «выжиманием» или же в процессе просушивания. Вторая проблема состоит в том, что у торфа большая зольность и высокий процент содержания шлаков по сравнению с другими видах биотоплива, и он содержит также песок и частицы грунта, что создает описанные выше проблемы с ошлакованием. В-третьих, торф может самовоспламениться, причем подобные случаи, что влекло за собой большие проблемы и дополнительные издержки. Хранение торфа должно осуществляться в контейнерах с огнеупорными стенами для предотвращения возможного распространения огня.
В настоящее время продолжается дискуссия о том, не является ли торф ископаемым видом топлива. Это имеет значение при расчете будущих налогов на использование топлива, поскольку в настоящее время во всем мире введен налог на диоксид углерода (CO2) для ископаемых видов топлива. Высказываются мнения, что торф является «наполовину ископаемым» топливом. Это может привести к тому, что торф будет облагаться налогом на выбросы СО2. Официально в настоящее время торф признается в качестве «неископаемого» топлива, но дискуссия продолжается.
Опилки и щепа
Опилки и древесная щепа могут рассматриваться как биотопливо, прошедшее меньшую степень переработки. Содержание влажности в нем может быть достаточно большим, до 60%, что позволяет считать опилки и щепу «влажным» топливом.
Опилки и щепа могут быть достаточно сухими, если их получают в процессе производства мебели или сухих пиломатериалов. В таком случае возрастает экономия энергии в процессе сгорания, что приводит к более высокой суммарной эффективности процесса. Это позволяет говорить о преимуществах использования просушенных опилок и стружки.
Однако в большинстве случаев опилки и щепа являются отходами деятельности лесопилок. Кроме всех вышеописанных, есть и другие источники получения этого типа топлива. В принципе, в каждом городе будет оставаться большой объем «древесных отходов» при сносе старых деревянных домов, или когда город очищают от старых деревьев, которые могут рубиться и превращаться в древесную щепу.
В Европе существует рынок для такого типа древесных отходов, из которых производиться древесная щепа. Однако необходимо заметить, что этот тип топлива отнюдь не лучший, поскольку, например, этот материал мог быть покрашен или пропитан каким-нибудь раствором, и поэтому при горении будут выделяться ядовитые газы.
Для крупных установок, мощностью более 2МВт, во многих случаях, предпочтительно использовать древесную щепу. Более крупные инвестиции в оборудование для сжигания топлива компенсируются более низкими расходами на топливо.
С другой стороны, пока существуют опилки, до тех пор будут существовать и небольшие тепловые установки. Однако сжигание опилок в установках рассматривается в большинстве случаев как запасной вариант. Поэтому, опилки чаще всего используются для производства гранул.
Важным недостатком свежей древесной щепы и опилок является то, что они представляют собой т.н. «живой материал», не прошедший «дезинфекцию» в процессе сушки. В этом материале споры функционируют, что может привести к следующим результатам:
— температура топлива возрастает и происходит самовоспламенение;
— может иметь место аллергическая реакция у рабочих; «болезнь древесной щепы» не очень приятная и стоит много рабочих дней для тех, кто работает слишком близко к «свежему топливу».
NB Рассуждая о возможности применения опилок и щепы в качестве топлива, необходимо учитывать свойства лиственных и хвойных пород древесины. Древесины мягких (хвойных) пород лучше подходит для сжигания в котельных любой мощности, причем, чем ниже мощность установки, тем выше необходимость использовать именно хвойные опилки и щепу. Проблема заключается в том, что древесина лиственных пород содержит больше тяжелых металлов и иных элементов, губительных как для самой установки, так и для окружающей среды. В отличие от хвойных, лиственные деревья в процессе роста впитывают все вещества, содержащиеся в почве, что и приводит к концентрации пагубных элементов в лиственных опилках и щепе. Элементы, содержащиеся в древесине хвойных пород также приводят к упоминавшейся проблеме ошлакования.
Облагороженное прессованное биотопливо: гранулы и брикеты
альтернативный топливо энергия биотопливо
Биотопливо будущего должно перерабатываться тем или иным способом для достижения приемлемой экономической отдачи посредством автоматизации тепловых установок. Автоматика может быть выполнена только в том случае, если топливо достаточно гомогенно, чтобы могла быть произведена система подачи топлива с приемлемыми расходами и надежностью. Одна важная сторона в этом отношении заключается в том, чтобы снизить использование человеческого фактора насколько это возможно. Экономическими конкурентами биотоплива является в основном жидкое топливо и природный газ. Жидкое топливо и газ можно легко адаптировать к автоматике, поскольку транспортировка в трубах происходит легко. Для достижения такой же простоты в транспортировке, биотопливо должно перерабатываться в гранулы.
Другая важная причина переработки биомассы — это, конечно, повышение теплотворности (теплоты сгорания) и легкости управления процессом сгорания.
Гранулы и брикеты — это глубоко переработанный и экологически совершенный вид топлива. Часто их называют «сухим топливом», так как влажность уменьшается до 10%. Гранулы и брикеты используются в более или менее одинаковых типах тепловых установок.
Преимуществом использования прессованного биотоплива является стоимость оборудования для котельных установок мощностью до 2 МВт, которые требуют меньше инвестиций для гранул/брикетов по сравнению с установками для древесной щепы. Объем склада для древесной щепы намного больше и поэтому строительство склада обойдется дороже, и поскольку гранулы/брикеты прессуются до меньшего объема при той же энергоемкости, то объем склада для них может быть уменьшен до 50%.
Гранулы могут храниться ближе к жилым районам, так как этот материал «мертвый» после прохождения термической обработки. Он имеет преимущество по сравнению со свежей древесной щепой, которая содержит споры, склонные к самовоспламенению при возрастании внутренней температуры, и вызывающие при этом аллергическую реакцию у людей, соприкасающихся с ней. Древесная щепа может содержать паразитов, что естественно негигиенично по отношению к людям, проживающим рядом.
Частные потребители гранул предпочитают самое лучшее качество, и цена таких гранул самая высокая и наиболее привлекательная для производителей. Этот тип гранул также называется гранулами первого класса.
Гранулы более низкого качества часто называются промышленными гранулами. Они могут содержать небольшое количество коры (иногда до 10% коры, хотя кора в гранулах вообще нежелательна). Стоимость промышленных гранул намного ниже, и производители гранул предпочитают стремиться к гранулам первого класса.
Промышленные гранулы способствуют в какой-то степени выработке шлаков после сгорания. Шлаки не приемлемы для гранул класса I, поскольку они неизбежно создают помехи при процессе сгорания. Все типы топлива оставляют «золу», которая представляет собой небольшое количество различных металлов и других веществ. Шлаки появляются тогда, когда некоторые типы металла расплавились и сформировали камни. В настоящее время в разных частях мира проводятся исследования и эксперименты о том, каким образом сырье более низкого качества (производящие шлак) может быть использовано в промышленных целях.
Некоторые очевидные преимущества использования прессованного биотоплива
— горение в топке котла происходит более эффективно
— при горении гранулы/брикеты не оказывают негативного влияния на окружающую среду
— отработанные газы имеют высокий pH-уровень; поэтому, имеет место «лечебное» воздействие, направленное против вредных последствий сжигания ископаемых видов топлива
— при хранении гранулы/брикеты не вызывают аллергической реакции
— при производстве гранул/брикетов объем опилок значительно уменьшается
— производство гранул/брикетов должно увеличиваться, так как Европейский Союз решил, что к 2010 год 12% энергии должно получаться за счет возобновляемого топлива.
Особенности и дополнительные возможности при использовании гранул и брикетов
Кроме всех вышеперечисленных достоинств использования прессованного биотоплива, можно отметить некоторые дополнительные особенности и преимущества гранул и брикетов. Что касается гранул, можно выделить следующее:
— подача топлива в горелку котла может быть легко сделана автоматической
— гранулы могут использоваться как в установках небольшой мощности, для отопления частных домов, так и в котельных средней мощности для отопления учреждений, школ и т.п., а также в более мощных котельных
— гранулы используются в Европе в котельных Комбинированного производства тепло- и электроэнергии КПТЭ для получения тепла и электричества в установках средней и большой мощности
— сжигатели для гранул легко устанавливаются на котлы взамен отработанных горелок для жидкого топлива с сохранением высокого уровня автоматизации
Брикеты, обладая высоким содержанием энергии, являются идеальной альтернативой для старых угольных и дровяных котельных, способствуют повышению КПД котлоагрегатов и являются удобными в транспортировке и использовании.
NB В настоящее время в Европе на базе Высших школ, научно-исследовательских институтов и производственных предприятий активно ведутся поиски и разработки в области получения новых видов биотоплива. В сентябре 2002 года в Стокгольме состоялась Первая Всемирная Конференция по проблемам использования топливных гранул. На конференции прозвучало несколько десятков научных докладов, большинство из которых было посвящено проблеме производства прессованного биотоплива из новых видов сырья. В частности, упоминались такие альтернативные продукты как лингноцеллюлозные гранулы, обсуждались перспективы биокарбонизированного биотоплива, сравнивались «традиционные» древесные гранулы и гранулы, наполовину состоящие из древесного угля.
Очевидно, что такие исследования будут продолжаться дальше, причем нарастающими темпами. В Карелии имеется хорошая сырьевая база не только для внедрения на рынок ставших «традиционными» для Европы древесных гранул. На основе продукции целлюлозно-бумажной промышленности, Кондопожского и Сегежского ЦБК, и отходов производства, которые по своему происхождению также являются биотопливом, можно попытаться разработать новые виды биотоплива, которые могли бы заменить традиционные ископаемые виды в первую очередь для внутренних нужд республики.
Особенности процесса горения и технологические различия сжигателей для различных видов топлива
Процессы горения ископаемых видов топлива и биотоплива существенно отличаются. Важно отметить также, что существует большое различие в процессе горения и технологии сжигания различных типов биотоплива, главным образом, в зависимости от плотности, влажности и фракции биотоплива.
Горение биомассы является намного более сложным процессом, чем горение ископаемого топлива. Ископаемые виды топлива, в отличие от большинства видов биотоплива, отличаются значительно более высоким качеством. Одни лишь вариации влажности у большинства видов биотоплива создают проблемы различного характера при попытке достижения высокой эффективности сжигания. Другая проблема, возникающая при сжигании биомассы, связана с большим количеством золы (также шлаков).
Фундаментальная разница между сжиганием биомассы и ископаемого топлива заключается в температуре горения. У ископаемых видов топлива температура горения может достигать примерно 2000 0С. Горение влажного биотоплива (древесной щепы, опилок с 50% влажностью), может достигать температуры ниже 1100 0С. Для сухих видов топлива (гранул/брикетов) температура значительно выше.
Температура горения имеет огромное значение для конструкции котла в целом. Если температура газов при горении высокая, тогда большая часть тепла, полученного в результате продуктов горения и перемещаемого в котел, будет доставляться посредством теплового излучения. Для биотоплива, напротив, при низкой температуре газов, количество тепла, которое перемещается из газа в котел, доставляется неэффективно посредством теплового излучения; поэтому для двух типов горения котлы должны иметь разную конструкцию.
Котел, построенный для жидкого топлива, имеет конструкцию, предназначенную в основном для теплового излучения. Котел, предназначенный для биотоплива, должен иметь другой тип передачи тепла. Большая часть передачи тепла основана на газовой конвекции. Здесь действует физически закон, известный под названием закон Стефана Больцмана.
Важно знать теоретическую основу при выборе котла и сжигающего оборудования для различных видов топлива. Если котел на жидком топливе или угле используется для влажного биотоплива (древесной массы или же древесной щепы с влажностью до 50%), тепло дымогарных газов не сможет передаваться в котел должным образом; газ сможет уйти из котла только при слишком высокой температуре. Это в огромной степени снижает эффективность работы котла, и самое главное то, что газ может быть настолько жарким, что возникнет пожар в дымовой трубе. Поэтому, не рекомендуется использовать влажное биотопливо в качестве запасного варианта в котлах, работающих на жидком топливе и угле.
Ни в коем случае нельзя сжигать жидкое топливо, например, мазут, в одной топке вместе с опилками.
Опилки содержат золу. В состав золы входят различные металлы. Если эти металлы окажутся в среде с очень высоко температурой, то они расплавятся. Расплавленная зола, т.е. шлак и создает большие «камни» в камере сгорания. Шлак также может образовываться перед котельными трубами и изолировать их от излучения тепла, которое производит мазутное топливо!!!
Таким образом, при сжигании жидкого топлива и опилок в одной камере образуется шлак, что в свою очередь может уменьшить теплоизлучение жидкого топлива. То небольшое количество тепла, которое получается в результате излучения от сжигания опилок при низкой температуре достаточно легко подсчитать.
Вышеприведенные факты показывают, что сжигание опилок одновременно с мазутом — это уничтожение опилок, притом, что КПД котла уменьшается в разы, происходят очень частые установки для удаления шлаков и чистки котла.
Сжигание прессованного биотоплива (гранул/брикетов)
Интересно отметить, что температура горения гранул/брикетов (сухого прессованного биотоплива) часто так высока, что они могут использоваться вместе с котлами на жидком топливе.
Старый котел, работающий на жидком топливе, может быть перестроен в автоматический котел, работающий на гранулах/брикетах. Сжигатель с гранулами просто пристраивается к передней части старого бойлера. Гранулы автоматически подаются, также как и жидкое топливо. Реконструкция — достаточно простая процедура. Маленький сжигатель для гранул автоматически подгоняет свою мощность, ощущая температуру теплой воды, производимой в котле. Если температура воды слишком высокая, пламя выходит наружу; если температура воды начинает снижаться, то котел начинает автоматически работать. Удаление золы может осуществляться только несколько раз в год; поэтому качество гранул очень важно для автоматической системы. Котел такого типа не подходит для влажной биомассы (50% влажностью), поскольку температура горения будет слишком низкой и эффективность работы котла будет неприемлемой.
В заключении необходимо отметить, что существует много нюансов, связанных со сжиганием различных видов топлива, а потому и выбора правильной конструкции установки, предназначенной для сжигания того или иного типа топлива. Конструкция и автоматика котельной в огромной степени зависит от плотности, влажности и фракции биотоплива: так, например, технологии сжигания влажных и сухих опилок отличаются существенным образом. Каждый тип биотоплива требует индивидуального решения, так же как и каждый район в Карелии требует индивидуального подхода в зависимости от типа топлива, преобладающего в том или ином регионе, имеющейся инфраструктуры и т.д.
По уже работающим в Карелии котлам на биотопливе можно сделать вывод, что только котельные в Деревянном и Деревянке построены на основе грамотного маркетинга. Только там котельные обеспечены сырьем на 100%; причем сырье используется высокого качества, что является залогом надежной работы котельных. В других местах — Пряжа, Медгора, Кварцитный — этого нет.
По нашему мнению, переход на биотопливо может быть осуществлен следующим образом:
Первый этап — создание инфраструктуры, предприятий по производству прессованного биотоплива.
Второй этап — перевод существующих угольных котельных на сжигание брикетов из торфа, опилок или их смеси
Третий этап — строительство новых современных котельных на биотопливе на основе маркетинговых исследований
Четвертый этап — строительство котельных КПТЭ на биотопливе
Однако важно осознавать, что биотопливо — не бесплатное топливо и цена его будет расти. Поэтому и котлы на биотопливе должны применяться только самые современные, с высоким КПД. Все это будет возможно лишь в том случае, если измениться подход к тарифам и через тарифы будет
а) обозначена мотивация для производителей тепла использовать именно биотопливо,
б) определены новые «правила игры» на рынке теплоэнергетики, где все участники рынка будут иметь равные возможности, а также
в) разработаны механизмы гарантированной оплаты за поставляемое тепло.
Сравнительные характеристики различных видов топлива
* Данные приблизительные и колеблются в зависимости от качества топлива.
** Каменный уголь, доставляемый в Карелию, соответствует худшим характеристикам вследствие плохого качества.
*** Содержание оксидов азота в биотопливе (гранулах и брикетах) примерно соответствует их содержанию в жидком топливе, но ниже, чем в угле.
Сравнение энергоэффективности котельных на разных видах топлива (N = 2 МВт)
1 Мощность угольных котельных не превышает 1 МВт
2 Мощность электрокотельных не превышает 300 кВт
Размещено на Allbest.ru
Возобновляемые источники энергии – источники непрерывно возобновляемых в биосфере земли видов энергии: солнечная, ветровая, океаническая, гидроэнергия рек, геотермальная, энергия биомассы и другие.
Стратегическими целями использования возобновляемых источников энергии и местных видов топлива являются:
При проведении региональной энергетической политики важное значение имеет оптимальное использование возобновляемых источников энергии и местных видов топлива.
Необходимость использования указанных видов энергии определяется их существенной ролью при решении следующих проблем:
Неистощаемость и экологическая чистота этих ресурсов обусловливают необходимость их интенсивного использования.
По оценкам, технический потенциал возобновляемых источников энергии составляет порядка 4, 6 млрд. т у.т. в год, то есть в пять раз превышает объём потребления всех топливно-энергетических ресурсов России, а экономический потенциал определен в 270 млн. т у.т. в год, что немногим более 25% от годового внутреннего потребления энергоресурсов в стране. В настоящее время экономический потенциал возобновляемых источников энергии существенно увеличился в связи с подорожанием традиционного топлива.
По всем видам оборудования для возобновляемых источников энергии Россия соответствует мировому уровню, за исключением ветроустановок мощностью 30 и более кВт, которые должны быть доработаны с учётом передового зарубежного опыта.
Доля возобновляемых источников энергии в производстве электроэнергии составила в 2002 году около 0, 5 процента от общего производства или 4, 2 млрд. кВт·ч, а объём замещения органического топлива – около 1% от общего потребления энергии или около 10 млн. т у.т. в год.
По оценкам специалистов, к 2010 году может быть осуществлен ввод в действие около 1000 МВт электрических и 1200 МВт тепловых мощностей на базе возобновляемых источников энергии при соответствующей государственной поддержке.
Общие запасы торфа на территории Российской Федерации оцениваются в размере 162, 7 млрд. т (при влажности 40%). Наиболее обеспечены торфяными ресурсами северные районы европейской части страны, Западной Сибири, Урала и Северо-Запада страны.
Благодаря низкой трудоёмкости и энергоёмкости добычи топливного торфа, простоте транспортных схем и коротким расстояниям вывозки торф сохраняет конкурентоспособность (в ряде регионов) с другими видами ввозимого твёрдого топлива. Кроме того, торф характеризуется низким содержанием серы и золы, что обеспечивает невысокий уровень вредных выбросов при его сжигании. В 2000 году на электростанциях России было использовано 1, 7 млн. т торфа.
Прогнозируются следующие показатели производства и использования в энергетике торфа на период до 2020 года:
Такой вид топлива, как дрова, в настоящее время используют более 5 млн. семей. На эти цели расходуется свыше 50 млн. м³ древесины. Централизованно топливоснабжающими предприятиями реализуется около 6 млн. м³ дров. Для ликвидации дефицита этого топлива необходимо обеспечить поддержание существующих мощностей по заготовке дров и создание новых на базе лесохозяйственных, лесопромышленных и топливных предприятий.
Важным местным видом топлива, особенно в целях теплоснабжения, являются городские бытовые отходы. Необходимо создать условия для включения их в топливно-энергетический баланс и решения одновременно экологических проблем.
Децентрализованные потребители могут использовать также древесные и сельскохозяйственные отходы.
Для преодоления отставания России в использовании возобновляемых источников энергии, сохранения запасов истощаемого органического топлива для будущих поколений, существенного улучшения энергоснабжения удаленных от электросетей населенных пунктов, а также улучшения экологической обстановки в экологически напряженных районах необходимо:
Современное состояние и перспективы развития возобновляемых источников энергии
Основу производственного потенциала российской тепло- и электроэнергетики составляют тепловые электростанции, работающие на ископаемом органическом топливе. Тепловые электростанции являются источниками загрязнения окружающей среды и, прежде всего, атмосферного воздуха, в том числе выбросами парниковых газов.
Свыше половины мощности тепловых электростанций составляют теплоэлектроцентрали, которые обеспечивают централизованное тепло- и электроснабжение городов и промышленных объектов. Вместе с тем, в Российской Федерации имеются территории, которые находятся в зонах децентрализованного тепло- и энергоснабжения. Это удаленные районы Севера и вся территория Крайнего Севера, заселенные острова, особо охраняемые природные территории и др. Как правило, в этих районах местные резервы ископаемого органического топлива ограничены, трудно доступны или полностью отсутствуют, строительство централизованных сетей энергопередачи экономически нецелесообразно, а зачастую технически невозможно. Выработка электро- и теплоэнергии с учетом высоких затрат на доставку топлива приводит к неприемлемо высокой стоимости для населения и местной промышленности. Наиболее серьезное положение сложилось в северных регионах страны, где спрос на тепло выше среднего российского уровня из-за экстремальных климатических условий, что является одной из главных причин низких темпов их социально-экономического развития. Мировой опыт показывает, что развитые страны ведут интенсивный поиск альтернатив органическому топливу.
Будущее развития энергетической отрасли в России все чаще связывают с малой и альтернативной энергетикой.
Необходимость перехода на автономные источники питания обусловлена, в первую очередь, стремительным развитием отечественной экономики, что вполне закономерно приводит к увеличению потребления электрической и тепловой энергии. Автономная энергетика может быть гарантом защиты от перебоев в центральной электросети, особенно в момент пиковых нагрузок. Кроме того, целый ряд областей нашей страны просто не имеет альтернативы малой энергетике. Около 60% территории России, особенно в северных регионах, не подключены к централизованной энергетической системе.
Рис. 2.1. Распределение централизованных и автономных энергоисточников.
Вопросы использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) актуальны для всех стран мира в силу различных обстоятельств.
Для промышленно развитых стран мира, зависящих от импорта топливно-энергетических ресурсов (ТЭР), – это, прежде всего, энергетическая безопасность. Для промышленно развитых стран мира, богатых энергоресурсами, – это экологическая безопасность, завоевание рынков сбыта оборудования. Для развивающихся стран – это наиболее быстрый путь к улучшению социально-бытовых условий населения, возможность развития промышленности по экологически приемлемому пути. А для всего мира в целом – это возможность снижения эмиссии парниковых газов и избежание глобального энергетического и экономического кризиса в недалеком будущем.
Многие страны реализуют специальные национальные и коллективные программы, направленные на стимулирование ускоренного освоения ВИЭ. При этом в качестве важного аргумента активной государственной поддержки ВИЭ рассматривается экологический фактор, в том числе обязательства стран по сокращению эмиссии СО2 в атмосферу в соответствии с Киотским Соглашением. Серьезным мотивационным фактором развития ВИЭ для многих стран, особенно зависящих от импорта традиционных энергоресурсов, является забота об энергетической безопасности.
Использование ВИЭ, как правило, не оказывает серьезного негативного воздействия на окружающую среду, в большинстве своем они являются экологически чистыми и повсеместно доступными источниками энергии.
К серьезным недостаткам ВИЭ, ограничивающим их широкое практическое применение, относятся невысокая плотность энергетических потоков и их непостоянство во времени и, как следствие этого, необходимость значительных затрат на оборудование, обеспечивающее сбор, аккумулирование и преобразование энергии.
Стоимость энергии, получаемой от ВИЭ, в течение последних лет стремительно снижается, и многие технологии становятся конкурентоспособными. В первую очередь, это относится к быстро прогрессирующим технологиям использования биомассы для производства тепла и электроэнергии, солнечным водонагревателям, фото-преобразователям, мини- и микро-ГЭС, ветроустановкам, теплонасосным системам теплоснабжения. Наивысшую конкурентоспособность они проявляют в децентрализованных системах тепло- и электроснабжения. Вместе с тем, во многих случаях ВИЭ пока еще уступают технологиям, основанным на использовании традиционных видов топлив, прежде всего из-за сравнительно высоких начальных капитальных затрат.
К возобновляемым источникам энергии (ВИЭ) относятся: солнечная, ветровая, гидравлическая, геотермальная энергия, биомасса и низкопотенциальная тепловая энергия разных сред.
• сокращение потребления невозобновляемых ТЭР;
• снижение экологической нагрузки от ТЭК;
• обеспечение децентрализованных потребителей и регионов с дальним и сезонным завозом топлива;
• снижение расходов на дальнепривозное топливо.
Энергетическое использование биомассы
Электростанции, использующие биомассу, могут обеспечить столько же энергии, сколько все атомные электростанции в России и все нефтяные месторождения в Республике Коми. Получение и использование этого топлива, а также смешанного и модифицированного топлива пополнит энергетический баланс сельских предприятий и регионов и значительно снизит зависимость от централизованных закупок ископаемого топлива и электроэнергии.
Биотопливо является неотъемлемой частью местной возобновляемой энергетики, поэтому при разработке стратегии использования биотоплива необходимо систематически учитывать весь комплекс. Возобновляемые источники энергии по отношению к России являются элементом региональной энергетики, обеспечивая региональную энергетическую безопасность, поэтому стратегия использования биотоплива должна, прежде всего, учитывать региональные потребности и региональные возможности для потребления и производства энергии.
В понятие биотоплива входит:
За и против развития рынка биотоплива в России:
Направления реального развития:
Для обеспечения энергетической безопасности, независимости от неукротимого роста цен на энергоносители, служб доставки, а также ограничения произвола местных чиновников в выделении средств на топливо используется местное альтернативное топливо, не подверженное вышеуказанным проблемам.
Такое топливо доступно в любом муниципальном, административном и региональном образовании России: это сорная древесина (береза, осина, ива) в лесных массивах, в степных и малолесных районах, специально выращенная растительность (сорго, свербаг, многолетняя сида, козья рута), давая за сезон до 100 т / га. Этого количества достаточно для выработки 30 МВтч энергии. Несложный расчет показывает, что такое количество энергии максимально потребляет поселок из 100 частных домов в течение 2 недель.