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.

---

Рис. 5-10.Chrysophyllus Bamboo

Рис. 5-11.Эбеновое дерево [5–2].

Рис. 5-12. Быстрорастущая пальма.[5–3]

Рис. 5-13. Гибридный тополь – тополь советский. [5–4]

Рис. 5-14. Гибридные пирамидальные тополя.[5–5]

Рис. 5-15. Betula maximowicziana (берёза Максимовича)[5–6]

Рис. 5-16. Кипарисовик Лавсона

Рис. 5-17. Хвойное дерево.

“Columnaris” 190–210 см [5–7]. Быстрорастущий сорт Туи [5–8].

Ко второй группе источников биомассы относятся различные органические остатки и отходы:

• биологические отходы животных (навоз, птичий помет и др.);

• остатки от сбора урожая сельскохозяйственных культур и побочные продукты их переработки: багасса (жом сахарного тростника), солома ржи и пшеницы, кукурузные кочерыжки, стебли хлопка, скорлупа земляного ореха, отходы картофеля, рисовые шелуха и солома и др.;

• отходы лесозаготовок, лесопиления и деревообработки: кора, опилки, древесные щепки, стружки;

• промышленные сточные воды (в частности, текстильных, молочных, а также других предприятий по переработке пищевых продуктов);

• городские отходы (твердые и сточные воды).

Третья группа – это водные растения – морские водоросли, гигантские ламинарии (бурые водоросли), водяной гиацинт. Наряду с океаном, который рассматривается как основной поставщик крупных морских бурых водорослей, водорослей, обитающих на дне водоема и плавающих в стоячей воде, анализируются возможности использования биомассы эстуарий, соленых и пресноводных болот.

Как возможные источники биомассы предлагаются также: гибридный сорго, микроводоросли, пресноводные макрофиты и макроводоросли, маниока (пищевое растение в тропиках).[5–9]

Рис. 5-18. Сорго сахарное [5-10].

Рис. 5-19. Суданковые гибриды Сорго Сабантуй [5-10].

Рис. 5-20. Гибрид Сорго Солярис[5-10].

Рис. 5-21. Маниока [5-11].

Рис. 5-22. Эйхорния – плавающее водное растение. [5-12].

Рис. 5-23. Красные водоросли (Lithothamnion) / Рис. 5-24. Морская водоросль – Ламинария [5-13]

Рис. 5-25. Бурые морские водоросли. Рис. 5-26. Биореакторы для [5-14] биотехнологического производства – биомассы микроводорослей Dunaliella [5-15].

Рис. 5-27. Микроводоросль хлорелла. [5-16].

5.2.Топливо из биомассы (сырье) [17]

5.2.1. Древесные отходы

Древесина добывается на постоянной основе: в лесах в процессе вырубки. По одной из приблизительных оценок прирост древесины в мире составляет 12,5x109 м3/год с содержанием энергии 182 ЭДж 6.2 млрд. ту.т… Это соответствует 1,3 от общего потребления угля на планете. Среднегодовая добыча древесины в период 1985–1987 г.г. составила 2.7x109 м3/год (эквивалент 40 ЭДж/год 1.36 млрд. Ту.т.). Таким образом, часть прироста может быть дополнительно использована в энергетических целях в процессе ухода за лесами и, возможно, даже увеличения при этом их производительности. топливо из биомассы (сырье) [5-17].

В развивающихся странах, широко использующих древесный уголь в качестве топлива, производство угля в печах на месте образования древесных лесных отходов может уменьшить расходы на транспортировку.

Механические рубительные машины для производства древесной щепы (30–40 мм) были созданы в Европе и Северной Америке в течение последних 15 лет. (Рис. 5-28) Использование порубочных остатков для отопления и/или производства электроэнергии представляет собой растущий бизнес во многих странах. Американские энергоснабжающие компании имеют более 9000 МВт мощностей, работающих с использованием биомассы (эквивалент 9 атомных блоков). В Австрии общая мощность домашних котлов и котлов централизованного теплоснабжения (ЦТ), сжигающих древесные отходы, кору и щепу, достигает 1250 МВт. Мощность большинства котлов ЦТ находится в диапазоне 1–2 МВт. Имеется несколько установок большей мощности (15 МВт) и большое количество малых когенерационных установок. топливо из биомассы. (сырье) [5-17].

Следующим источником древесных отходов является обработка деловой древесины. Сухие опилки и другие отходы, возникающие в процессе распиловки, представляют собой качественное топливо. По существующим оценкам, британская мебельная промышленность поставляет 35000 тонн таких отходов в год (третья часть от общего количества), обеспечивая 0,5 ПДж энергии для отопления и горячего водоснабжения, а также для получения пара. В Швеции, где биомасса уже сегодня обеспечивает около 15 % первичной энергии, отходы лесной и деревообрабатывающей промышленности дают 200 ПДж в год, в основном в качестве топлива для ТЭЦ. топливо из биомассы (сырье) [5-17].

Рис. 5-28. Полигон древесных и опилок (Новгородская область. РФ).

Рис. 5-29. кусковые древесные отходы мягкие древесные отходы.[5-18]

Производство топливной щепы в лесу с помощью лесного комбайна с харвестерной головкой [5-19].

Рис. 5-30. Комбайн для рубки леса.

Последовательность технологических операций 1. Комбайн оборудован валочной головкой с ножницами, имеющими гидравлический привод. Головка смонтирована на стреле гидр манипулятора с вылетом до 9,5 м. Максимальный диаметр срезаемого дерева 25 см для мягколиственных пород (ель, сосна) и 20 см для твердолиственных пород (береза, дуб).

2. Комбайн в режиме харвестера работает только на трелевочных волоках, срезая деревья и направляя их к рубительной машине. Приемное устройство рубительной машины расположено в передней части комбайна. Подготовка трелевочного волока и выборочные рубки могут быть проведены за один проход или поэтапно (первый шаг: прореживание).

3. Древесная щепа подается по пневмопроводу в бункер объемом 20 м3 и доставляется к съемному контейнеру на погрузочный пункт.

4. Щепа легко перегружается из бункера в контейнер благодаря инновационной системе разгрузки. Система состоит из подъемного механизма в виде ножниц, который обеспечивает подъем бункера на высоту до 3,6 м. После подъема и поворота бункера к контейнеру, щепа разгружается скребковым транспортером. Гибкость этой системы обеспечивает загрузку щепы из бункера в любой вид транспорта.

5. В дополнение к этому, комбайн оборудован захватом, который может быть использован в обычном назначении: захват и подача к рубительной машине лесосечных отходов. Оценка технологического процесса по технике безопасности, эргономике и воздействию на окружающую среду. Оператор управляет комбайном из просторной, кондиционируемой кабины с эргономичным вращающимся креслом, с камерой заднего вида. С эргономической точки зрения, все это является значительным улучшением.

Рис. 5-31. Перегрузка щепы из бункера (1) в контйнер (2).

1

2

3

4

5

Рис. 5-32. Механизированная рубка лесной древесины: 1-захват ствола валочной головкой с ножницами; 2- очистка ствола; 3 – срез ствола; 4-укладка ствола на трейлер или в штабели -5

Рис. 5-33. Харвестеры[5-20].

Рис. 5-34.Харвестер Ponsse Ergoharvester [5-21].

Рис. 35 Форвардер Timberjack 1710D

Рис. 5-36. Харвестер [5-22].

Рис. 5-37. Валочная головка Харвестера.[5-23].

Рис. 5-38. Харвестер (слева) и форвардер (справа) Vimek.

Рис. 5-39. Харвестер Форвардер John Deere Timberjack [5-24].

Рис. 5-40. Форфардеры (транспортер)[5-25].

Рис. 5-41. John Deere Forwarder

Рис. 5-42. Форвардер [5-27]. 1010E.[5-26]

5.2.2. Отходы сельского хозяйства

Сельскохозяйственные отходы представляют собой огромный источник биомассы. Отходы растениеводства и животноводства обеспечивают значительное количество энергии, уступающее только древесине, которая является главным видом топлива из биомассы на Земле. Сельскохозяйственные отходы включают: отходы растительных культур, например, солому, некондиционную продукцию и излишки производства, а также отходы животноводства в виде навоза. В Индии в 1985 году в качестве топлива было использовано 110 млн тонн навоза и растительных остатков, что близко к объему использования древесины -133 млн тонн. В Китае количество сельскохозяйственных отходов в 2,2 раза превышает количество древесного топлива. топливо из биомассы (сырье) [5-17].

Каждый год в мире образуются миллионы тонн соломы. Более половины этого количества не используется. Во многих странах она сжигается на полях или запахивается в землю. В некоторых развитых странах экологическое законодательство запрещает сжигание соломы на полях. Это привлекло внимание к соломе как к потенциальному источнику энергии. топливо из биомассы (сырье) [5-17].