XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Современные проблемы энергетики могут быть решены только при рациональном использовании всех существующих на Земле и околоземном пространстве источников топлива и энергии. Среди них биомасса, как постоянно возобновляемый источник топлива, занимает существенное место 

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.

На территории Российской Федерации имеется огромное количество сырья для генерации энергии из биомассы. Только в результате деятельности сельскохозяйственных и животноводческих предприятий ежегодно вырабатывается около 250 млн. тонн органических отходов, из которых можно получить первоклассное биотопливо.

Так как биомасса содержит горючие вещества (углеводороды и их соединения), то наиболее очевидно ее использование в качестве биотоплива для получения тепла. Хотя биомасса уже первоначально способна гореть, все же требуется некоторая ее подготовка. Так биомасса и ее отходы содержат большое количество воды, и перед сжиганием требует сушки. Характеристикой любого топлива является его калорийность или теплотворная способность, то есть, удельное количество теплоты, которое можно получить при сжигании единицы массы или объема топлива. Чем выше калорийность топлива, тем меньше его требуется для получения одного и того же количества теплоты. Теплотворная способность биотоплива различна, и зависит от того, в каком виде оно используется. Из биомассы можно получать твердое, газообразное и жидкое биотопливо. Наиболее просто получать твердое биотопливо, для чего биомассу высушивают. Таким образом, в качестве твердого биотоплива может использоваться сухая древесина или высушенные экскременты животных. Если используются отходы древесины, то для повышения технологичности биотоплива их брикетируют. Биогаз получают в процессе брожения, и его производство наоборот требует увлажнения биомассы, а затем подогрева и перемешивания. Так как биомассу можно преобразовывать в твердое, газообразное или жидкое биотопливо, то ее можно использовать практически во всех процесса, требующих тепла, включая и паровые и тепловые машины (рисунок 1).

Рисунок 1. Применение биотоплива

Наряду с этим, считается, что биомасса способна предоставить столько энергии, сколько вырабатывается всеми атомными электростанциями России. В настоящее время, электростанции на биомассе в качестве топлива используют древесину, растительные отходы, торфяные брикеты, и имеют КПД около 25%. Электростанции на биомассе в основном оборудованы паровыми турбинами, и работают по принципу паротурбинных теплоэлектростанций. Уровень мощности электростанций на биомассе может быть самым различным. От 4 до 100 КВт, для использования, к примеру, в фермерском хозяйстве, и до 100 МВт-ных промышленных электростанций. Электростанции малой мощности, работающие на биомассе, как правило снабжены установками газификации биомассы, а также газогенераторными установками. Биомасса, в этом случае, значительно превосходит, по своей способности к газификации, уголь, что делает подобные электростанции более экономичными, по сравнению с угольными. Электростанции на биомассе, мощностью до 1 МВт, вполне способны работать на отходах деревообработки, лесопереработки и т.п. В случае с электростанциями большей мощности, используются специальные энергетические плантации, предназначенные для более широкомасштабного производства топлива для таких электростанций. Плантации, как правило, представляют из себя специально высаженные быстрорастущие сорта деревьев, такие как тополь или ива. Один гектар такой плантации, при использовании газотурбинной электростанции на биомассе, позволяет производить до 25 МВт ч электроэнергии. Электростанции на биомассе имеют ряд ярко выраженных преимуществ. Более простой процесс газификации биомассы, по сравнению с углем, как уже было сказано выше, позволяют получать более дешевую электроэнергию. Кроме того, это более экологически чистый вид топлива, так как в биомассе содержится гораздо меньше серы. А современные технологии переработки биомассы, позволяют добиваться значительного снижения вредных выбросов в окружающую среду. Электростанции на биомассе работают с возобновляемыми источниками энергии, что, в настоящее время, приобретает все большую актуальность. Кроме того, увеличение производства биомассы, в том числе и распространение энергетических плантаций, способствует улучшению окружающей среды, и, одновременно, уменьшению эрозии почвы. Производство компостов из биомассы улучшает основные почвенные показатели, позволяет более эффективно очищать сточные воды. Распространение электростанций на биомассе позволит значительно снизить потребление не возобновляемых источников энергии, таких как нефтепродукты, природный газ или уголь, что положительно сказывается обеспечении энергетической безопасности страны в целом. 

Литература

1. Беззубцева М.М., Волков В.С. Нетрадиционная и возобновляемая энергетика: конспект лекций для обучающихся по направлению подготовки 35.04.06 «Агроинженерия», профиль «Энергетический менеджмент и инжиниринг энергосистем». — СПб.: СПбГАУ, 2016. — 127 с.

2 Лабейш В.Г. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. - СПб: СЗТУ, 2003.

3. Риполь- Сарагоси Т.Л. Кууск А.Б. ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ. - Ростов н/Д: Рост. гос. ун-т, 2019. - 122 с.