Евгений Панцхава - Биоэнергетика. Мир и Россия. Биогаз. Теория и практика. Монография

• Название: Биоэнергетика. Мир и Россия. Биогаз. Теория и практика. Монография
• Автор: Евгений Панцхава
• Жанр: Детская образовательная литература
• Год: 2014
• ISBN: 978-5-4365-0155-0

Предлагаемая читателю монография, прежде всего, посвящается выдающимся отечественным ученым и специалистам, стоявшим у истоков создания отечественной биоэнергетики задолго до ее активного развития за рубежом. В книге представлены зарубежные и отечественные достижения по всем современным направлениям бурно развивающейся биоэнергетики как самостоятельного сектора общей мировой энергетики, ее теоретическим основам, технологиям, оборудованию и практическому применению.

Большое внимание уделяется теории и практики природного метаногенеза как сложнейшего биологического процесса, активно участвующего в кругообороте углерода в биосфере, роли этого процесса в эволюции живого на земле, его глобальному участию в образовании ископаемых углеводородов.

Книга рекомендуется для специалистов России, работающих в указанной области, для студентов, аспирантов и преподавателей кафедр, факультетов, вузов, изучающих и развивающих отечественную биоэнергетику.

---

Для переработки без нанесения ущерба для лесных плантаций можно в целях энергетики использовать, как минимум, до 0.16 % ежегодно, или 130 млн. куб. м = 65 млн. тонн. Стоимость экспорта такого количества может составить 3.9 млрд. Евро в год. Энергоемкость такого объема древесины составляет 1.1 ЕДж (1018)

Но для этого нужны очень крупные инвестиции для создания производственных мощностей и инфраструктуры.

Существующие промышленно используемые технологии переработки лесной древесины и других видов лигноцеллюлезного и гемицеллюлезных материалов для получения топлива можно в ХХI веке высоких технологий отнести к «варварским» способам, так как древесина – это прекрасное сырье для химической промышленности и производств широкого профиля товаров промышленного и бытового применения.

Для производства пеллет можно использовать солому злаковых и крупяных культур, масса накопления которой ежегодно составляет 80-100 млн. тонн. При использовании для производства пеллет только половины этой массы можно получить за счет экспорта до 1.2 млрд Евро.

Таким образом, потенциальные возможности от производства и экспорта пеллет в год для России могут составить 5.1 млрд. Евро.

3.15.1.1. Газогенерация и пиролиз

Проведенные исследования и имевшийся в стране опыт строительства газогенераторных установок в 30 – 40 – х годах позволили создать газогенераторы нового поколения, реализующие обращенный процесс слоевой газификации при атмосферно-воздушном дутье, что повышает КПД таких систем..

Наиболее активно ведется разработка и создание оборудования для газификации твердой биомассы с целью создания автономных тепло- и электростанций, работающих на генераторном газе.

Ведущей организацией по этому направлению является АО "Энерготехнологии" (г. Санкт-Петербург), научный руководитель проблемы профессор, доктор техн. наук Л.В.Зысин.

При отработке технологий и освоении производства термических газогенераторов для переработки биомассы в газообразное топливо с 1987 по 1995 гг. были проведены комплексные исследования по кинетике процессов термической газификации различных видов растительной биомассы: отходов деревообработки, лесосечных отходов, рисовой лузги, лигнина, твердых бытовых отходов, торфа и т. д.

Газогенераторы, объединенные в один энергетический комплекс с водяными котлами или дизельными электрогенераторами, используются для получения тепловой и электрической энергии.

Разработан типоразмерный ряд газогенераторов с тепловой мощностью 100, 200, 600, 3000 и 5000 кВт. Освоено производство опытных серий газогенераторов тепловой мощностью 100 и 200 кВт. Успешно прошли испытания газогенераторы на 600 и 3000 кВт и осуществляется подготовка к их серийному производству. Созданы и испытаны горелочные устройства для сжигания генераторного газа, топочные устройства.

По техническим характеристикам созданные газогенераторы отвечают современному мировому уровню, что подтверждается интересом к ним фирм Швеции, Финляндии и Израиля.

Реализация обращенного процесса газификации позволила в 8-10 раз снизить смолосодержание генераторного газа, что позволяет использовать его в дизельном двигателе при минимальной очистке. При переходе на генераторный газ мощность двигателя практически не меняется, существенно улучшаются экологические показатели энергетических установок, на 40–50 % повышается их моторесурс.

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. – всего до 360 млн. куб. м).

АО "Энерготехнология" в рамках ГНТП России "Экологически чистая энергетика" создало две газогенераторных станции.

1. Газогенераторную станцию теплоснабжения мощностью 200 кВт (т), включающую слоевой генератор прямого процесса, теплогенератор с горелочным устройством для горячего водоснабжения. Станция предназначена для обеспечения горячей водой 20 коттеджей с площадью отапливаемых помещений по 150 м2 каждый. В качестве сырья для газификации будут использоваться твердые бытовые отходы или их смесь с иловыми осадками очистных сооружений при интегральной влажности до 60 %.

Характеристики станции следующие: диапазон регулирования мощности 80-250 кВт; расход топлива (по сухому веществу) на номинальном режиме 80 кг/ч; низшая, теплота сгорания генераторного 4 МДж/м (при нормальных условиях); держание влаги в генераторном газе до 25 % об.; потребляемая электрическая мощность не более Вт.

2. Газогенераторную станцию тепло- и электроснабжения тепловой мощностью 600 кВт, включающую слоевой газогенератор обращенного процесса, систему очистки генераторного газа, водогрейный котел и дизельгенератор мощностью 299 кВт. Станция предназначена для автономного обеспечения теплом и электроэнергией,200-квартирного дома. Сырье для газогенерации – все виды органосодержащих отходов при влажности не более 60 %.

Характеристики станции:

• номинальная мощность при электрической нагрузке 180 кВт; номинальная мощность при тепловой нагрузке 450 кВт; диапазон регулирования электрической мощности от 0 до 220 кВт; расход биотоплива (сухое вещество) на номинальной нагрузке 240 кг/ч; расход дизельного топлива для "подсветки" на номинальной нагрузке 5 г/кВт;

• низшая теплота сгорания генераторного газа 4,5 МДж/м3 (при нормальных условиях);

• содержание влаги в генераторном газе до 30 % об.;

• потребляемая электрическая мощность на собственные нужды станции не более 30 кВт (15 %).

Коэффициент использования теплоты генераторного газа при выработке тепловой энергии 85 %, при комбинированной выработке тепловой и электрической энергии 80–84 %.

Благодаря применению обращенного процесса газификации на 20 % снижается металоемкость теплоэлектрической установки.

В этой области биоэнергетики Россия имеет определенные реальные успех в создании современного оборудования для газификации твердой биомассы (древесины, лузги, ТБО).

Компанией «ЭНЕРГОТЕХНИКА» (Санкт-Петербург) создано несколько типов газогенераторов.

Газогенератор Г-3М. Мощность 4 МВт, Топливо лузга подсолнечника, расход топлива – 30 т/час, к.п.д. – 86 %, место установки – г. Пологи Запорожской области Украины.

Газогенератор Г-50. Мощность – 100 кВт, расход топлива 40 кг/час, к.п.д. – 76 %, выход сухого газа – 70 куб. м/час.

2.3. Газогенератор УТГ-600. Мощность 600 кВт, к.п.д. – 83 %, выход сухого газа – 500 куб. м/час, расход топлива – 380 кг/час.

Рис. 3-15. Газогенератор УТГ-600.

При переработке вышеуказанных потенциальных объемов древесины и соломы методами газификации в «синтез-газ» можно получать в год до 85 млрд куб. м «синтез-газа» на сумму 15 млрд. Евро [3-33].

3.15.1.2. Получение этанола

Экспорт транспортного этанола также может стать в перспективе серьезным источником валюты и экологически чистым энергетическим товаром России на международном топливном рынке.

В 2002 году в России произведено из пищевого сырья 1.31 млн. куб. м этанола, производство синтетического этанола – 0.15 млн. куб. м, технического гидролизного этанола составило 0.044 млн. куб. м.

Россия располагает мощностями, использующими гидролизные технологии, позволяющими производить до 0.2 млн. т гидролизного спирта.

Однако, гидролизные технологии, основанные на использовании серной кислоты, являются экологически вредными.

Необходимо разрабатывать современные экологические чистые экологии эффективного разложения древесины на целлюлозу (полимер глюкозы) и лигнин.

Другими видами сырья, обеспечивающими производство этанола в России могут быть:

• меласса (отходы сахарного производства),

• картофельный крахмал,

• сладкое сорго.

3.15.1.2.1. Меласса

Объемы производства мелассы в 2013 году составил 1.56 млн. тонн. Из 100 кг мелассы можно получить 30 л этанола, или из 1.56 млн. тонн – 468 млн. л = 468 тыс. м3 или 390 тыс. т.

Рис. 3-16. Сахарная свекла.

Стоимостью 309 млн. $ US. (Средняя стоимость 1 литра = 0.66 $US [3-34]).

Сырьем для производства этанола может быть также использован свекловичный жом. Объемы его производства в 2013 году составили 31.2 млн. тонн. Выход этанола может составить 681 тысяч куб. м или 565 тыс. т на сумму 450 млн. $ US.

Итого общий выход этанола из отходов производства сахара может составить 1149 тысяч куб. м на общую сумму – 759 млн. $ US.

Для производства этанола можно использовать непосредственно сахарную свёклу, урожай которой в 2013 голу в России составил 39 млн. тонн, при содержании сахара в ней 16 %, выход этанола мог бы составить 3.99 млн. куб. м на сумму 2.6 млрд. $ US.