Модульные системы для выработки электроэнергии из биомассы (часть 1)

[Oil-Service]

​

Модульные системы используют технологии прямого нагрева или подхода обычного пара, пиролиза, совместного сжигания, газификации биомассы, анаэробного сбраживания, сбора мусорных (свалочных) газов. Эти процессы в модульных системах представлены в меньшем масштабе, нежели обычные установки. Такие системы больше подходят для деревень, ферм и небольших промышленных предприятий. Данные системы находятся в стадии разработки и будут наиболее полезны в отдаленных районах, где биомасса в изобилии, а электричества не хватает. Для таких систем множество возможностей в развивающихся странах.

Далее предлагается рассмотреть способы производства электроэнергии из биомассы более подробно.

Способ прямого нагрева или обычного парового котла

Для данного способа подходит большинство растений в мире. Обе системы сжигают биоэнергетическое сырье непосредственно для производства пара, который в свою очередь создает электричество. Различия в методах лежат в структуре котла и печи. В системе прямого нагрева биомасса загружается из нижней части котла, а воздух подается в основную часть. В обычных паровых котлах, воздух подается сверху, а биомасса также загружается снизу. Традиционные системы прямого нагрева используют две камеры сгорания или котел со слоевой топкой. Горячие продукты сгорания проходят через теплообменник, в котором находится вода, которая закипает, образуя пар. Этот пар захватывается турбиной, заставляя вращаться лопасти. Вращение передается электрическому генератору, который и создает электричество.

​

Биомассу предварительно подготавливают: сушат, разделяют на более мелкие части и производят брикеты. Брикетирование-процесс уплотнения сыпучих органических материалов, таких как рисовая шелуха, опилки или кофейная шелуха с целью улучшения управляемости горения и его характеристик. Брикетирование может быть выполнено несколькими способами: со связующими или без них, или по технологии использования био-угля.

После завершения подготовки биомассу добавляют в печь или котел для выработки тепла, которое затем проходит через турбину, приводящую в действие электрический генератор. Тепло экзотермических процессов сгорания для питания генератора также могут быть использовано для регулирования температуры в здании, что делает весь процесс более эффективным. Установки, использующие этот тип технологии, называются установками комбинированной выработки тепла и электроэнергии (ТЕЦ). Также используется конденсация пара при более высоком давлении в водонагревателях.


Ярким примером использования биомассы для обеспечения своего производства энергией путем совместной выработки пара и тепла является генерирующая станция McNeil в городе Берлингтон в штате Вермонт. Этот завод является крупнейшим в своем роде в США и работает с 1980 года.

Совместное сжигание

Совместное сжигание сочетает биомассу с углем для получения энергии. Большая часть электроэнергии на станциях вырабатывается за счет угля. При совместном сжигании древесной и травянистой биомассы, такой как тополь, ива и просо может обеспечить выполнение небольшой части работы угольной станции. Этот процесс занимает от 1% до 15% энергии угольных электростанций, а остальная энергия производится за счет угля. В этих системах биомасса помещается в котел либо сжигается совместно с углем. Использование биомассы потребует некоторой модернизации станции, например, приобретение специального котла. Но это будет намного дешевле, нежели строительство новой станции, полностью работающей на биотопливе.

По данным национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) по фактам биоэнергетики, испытания совместного сжигания показали работу всех используемых для этих целей котлов практически без потерь КПД. И не только без потерь, но и еще возможность улучшить показатели эффективности на 33%-37%. Использование биомассы с углем помогает снизить высокие показатели вредных выбросов, которые выделяются на угольных предприятиях. Мощность самой крупномасштабной угольной станциеи в США составляет 310 ГВт (достаточно для питания 14 миллионов домов).

В совместном сжигании биомассы с углем есть несколько экологических преимуществ – снижение окислов азота и серы, которые могут быть причинами кислотных дождей и разрушения озонового слоя загрязнениями. Кроме того, значительно снижаются выбросы углекислого газа. Это прекрасный вариант для немедленного использования и хорошая ступень на пути использования возобновляемых источников. В технологии совместного сжигания можно также использовать летучую золу в качестве источника биомассы, что является еще одним способом повторного зольного использования вместо ее выбрасывания.

Продолжение следует.
ссылка

 

[Oil-Service]

Модульные системы для выработки электроэнергии из биомассы (заключение)

Краткое содержание первой части новости про модульные системы, использующие в качестве топлива биомассы.

Процессы получения электричества в результате преобразования биомасс в модульных котельных системах представлены в небольшом масштабе, нежели в обычных установках. Они будут максимально полезными в отдаленных районах с изобилием биомассы, где есть проблемы связанные с отсутствием электричества. Это прекрасное решение для ферм, деревень и небольших промышленных предприятий. Сегодня эти системы находятся в завершающей стадии разработки. Потенциал таких модульных биотопливных котельных систем в развивающихся странах очень высок.


Ранее были рассмотрены два способа производства электроэнергии с использованием биомасс: способ прямого нагрева (способ обычного парового котла) и способ совместного сжигания.

Продолжим подробное рассмотрение оставшихся четырех способов электроэнергетического производства из биомассы:

Пиролиз​

Пиролиз представляет собой процесс, при котором биомасса нагревается при высоких температурах и разлагается в отсутствие кислорода. Тем не менее, трудности возникают при попытке создать совершенно бескислородную атмосферу. Часто имеет место небольшое оксидирование (окисление), которое может создать нежелательные побочные продукты. Такой процесс весьма энергоемкий и дорогой на данный момент. В процессе нагрева образуется пиролизное масло, обуглившееся вещество и синтез-газ, которые затем могут быть использованы, как топливо для производства энергии. Пиролиз не создает золы или энергии напрямую. Вместо этого он превращает биомассы в топливо высокого качества. Процесс начинается с сушки в целях максимального сжигания потенциальной биомассы, которая похожа на прямой процесс сгорания, описанный в первой части. После остывания, коричневое жидкое пиролизное масло может быть использовано в качестве топлива.

При ускоренном процессе, известном как быстрый пиролиз, био-масла или пиролизного масла генерируется больше (до 75%). Группой Европейской Технологии биомассы (European Biomass Technology Group) создан метод быстрого пиролиза путем объединения древесных отходов с горячим песком во вращающемся конусе. В небольшом масштабе (в модульных котельных системах), экспериментальные технологические установки вращающихся пиролизных конусов используют 250 тонн древесины в день и производят 50 тонн топлива (что эквивалентно 0,314 баррелям нефти).

Экспериментаторами утверждается, что конус может быть изменен для большей нагрузки, что даст возможность получать био-масло с конкурентными ценами на рынке. Существуют также разработки применения пиролиза для получения водорода, который можно использовать в топливных элементах. Ниже приводится схематическая модель технологии вращающегося конуса в полной установке для выработки электричества.

Газификация биомассы​

Твердая биомасса может быть преобразована в газообразную форму, известную как синтез-газ. Газ затем можно запустить через газовую турбину комбинированного цикла или использовать иную технологию для преобразования энергии, такую как угольная электростанция. Эксперты уверены, что газификация может сделать электростанции на основе модульных котельных, работающих на биомассе более эффективными. На сегодня это только экспериментальные разработки. Газогенераторы биомассы работают при нагревании биомассы в среде, где биомасса разлагается, образуя горючий газ. Это дает преимущество по сравнению с непосредственным сжиганием биомассы. Биогаз может быть очищен и профильтрован для удаления проблемных химических веществ. Газ может быть использован в более эффективных системах комбинированного цикла, которые для производства электроэнергии сочетают газовые и паровые турбины. Эффективность этих систем достигает 65%.

Ниже приведена диаграмма, которая изображает новейшее преобразование биомассы в тепло и электроэнергию с использованием парогазовой технологии, которые готовятся к запуску в модульных котельных широкого использования. Сначала топливо помещается в газификатор, где он, сгорая под давлением, превращается в горячий газ. Затем он подается в тщательную систему газовых фильтров для осаждения элементов, которые могут вызвать коррозию системы. Эти элементы могут быть различны в зависимости от источника, который сожгли. Очищенный газ затем сжигается и используется для вращения турбины, которая генерирует электричество. Тепло, высвобождаемое от газа в турбине, может быть использовано водой в теплообменнике. Таким образом, перерабатывающая система обеспечивает получение горячей воды. Единственным побочным продуктом является нетоксичная зола, которую можно, например, смешать с компостом для увеличения биомассы как топлива.

Системы газификации разрабатываются также как будущие приложения для топливных элементов. Топливные элементы преобразуют водород в электричество и тепло с использованием электрохимических процессов. Выбросы в атмосферу при этом очень незначительны – это в основном выхлоп паров воды. Поскольку стоимость электроэнергии, полученной при использовании топливных элементов, намного снижается, число таких модульных систем на топливных элементах будет расти, - сообщается в докладе управления Эффективности энергии и возобновляемых источников.

(с небольшой редакцией)