«Биомасса – аккумулятор энергии»

Министерство образования, науки и молодежной политике  Краснодарского края Государственное бюджетное профессиональное образовательная учреждение Краснодарского края венцы сельскохозяйственный техникум по учебным дисциплинам «Химия», Проектная работа «Физика» на тему «Биомасса – аккумулятор энергии» выполнили:  Работу  Зуев  Владислав  Сергеевич, студент 12 «Т» группы, Ковера  Артем  Александрович  11  «Т»  группы,  Технология  специальность  производства  переработки  сельскохозяйственной продукции 32.02.06  и

 Актуальность Использование биомассы даёт уникальную возможность частичного решения глобальных мировых проблем, к которым относят недостаток энергии и энергоресурсов, ухудшение экологического состояния и изменение климата. Кроме того, использование возобновляемых источников энергии помогает частично решить экономические и социальные проблемы на региональном и национальном уровнях.  Гипотеза Биомасса как биотопливо может стать альтернативой современным видам топлива.

Цель: выяснить, правда ли биомасса может стать «будущим» электроэнергетики. Задачи: 1) Изучить виды получения энергии из биомассы и проблемы их использования. 2) Исследовать различные виды переработки биомассы как альтернативу используемым  видам топлива. Сделать вывод: стоит ли вводить широкое применение переработки биомассы. Методы исследования Для реализации цели и задач я использовал следующие методы: Теоретический: Ознакомиться с литературой по интересующей теме. Практический:  исследовать  свойства  биомассы  в  рамках  возможности  химической  лаборатории, рассчитать экономическую выгоду производства биотоплива. Значимость Теоретическая  значимость  ­  углубить  химические,  физические,  экологические  и  экономические знания. Практическая  значимость  ­  доказать  руководителям  предприятий  целесообразность  использования биомассы как вид альтернативной энергетики и биотоплива.

Эффективным возобновляемым источником энергии является биомасса. На современном уровне за счет биомассы можно перекрыть 6-10% от общего количества энергетических потребностей промышленно развитых стран. Ежегодно на Земле при помощи фотосинтеза образуется около 120 млрд. тонн сухого органического вещества, что энергетически эквивалентно более 40 млрд. тонн нефти. Использование биомассы может проводиться в следующих направлениях: • прямое сжигание; • производство биогаза и удобрений из биомассы; • производство этилового спирта для получения моторного топлива. из способов источников органических Одним возобновляемых является получение биогаза. Биомасса дает седьмую часть мирового объема топлива, а по количеству полученной энергии занимает наряду с природным газом третье место. Из биомассы получают в 4 раза больше энергии, чем дает ядерная энергетика. переработки энергии (ВИЭ)

Биомасса аа Биом сса (биоматерия) — совокупная масса растительных и животных  организмов, присутствующих в биогеоценозе. Биомасса по существу состоит из макромолекулярных органических полимеров ­ лигнин, целлюлоза и гемицеллюлоза. Биомасса — пятый по производительности возобновимый источник энергии  после прямой солнечной, ветровой, гидро и геотермальной энергии. Ежегодно на  земле образуется около 170 млрд т. первичной биологической массы и  приблизительно тот же объём разрушается. Биомасса — крупнейший по использованию в мировом хозяйстве  возобновляемый ресурс (более 500 млн т.у.т./год). Условное топливо­единица учёта тепловой ценности топлива, применяемая для  сопоставления различных видов топлива.   Принято, что теплота сгорания 1 кг  твёрдого (жидкого) У. т. (или 1 м3 газообразного) 29,3 МДж (7000 ккал)       Биомасса применяется для производства тепла, электроэнергии, биотоплива,  биогаза (метана, водорода).

Примеры использования биомассы  В 2012 году в электроэнергетике России было установлено 9733  МВт генерирующих мощностей, работающих на биомассе. Из них 5886 МВт работали на отходах лесного и сельского хозяйства, 3308 МВт работали на твёрдых муниципальных отходах, 539 МВт на других источниках.  В 2014 году во всём мире производили электричество из биомассы электростанции общей мощностью 35 000 МВт.  В настоящее время европейские страны проводят эксперименты по выращиванию энергетических лесов для производства биомассы. На больших плантациях выращиваются быстрорастущие деревья: тополь, акация, эвкалипт и другие. Испытано около 20 видов растений. Плантации могут быть комбинированными, когда между рядами деревьев выращиваются другие сельскохозяйственные культуры, например, тополь сочетается с  ячменём. Период ротации энергетического леса — 6—7 лет.  Методом пиролиза из биомассы получают жидкое биотопливо,  метан, водород.  Пиролиз (от др.-греч. πῦρ — огонь, жар и λύσις — разложение, распад) — термическое разложение органических и многих неорганических соединений.

Общая масса живой материи (включая влажность) - 2000 миллиардов тонн Общая масса наземных растений - 1800 миллиардов тонн Общая масса леса -1600 миллиардов тонн Количество наземной биомассы на одного жителя - 400 тонн Количество энергии, накопленной наземной биомассой - 25 000 ЭДж (1 ЭДж=10+18 Дж) Годовой прирост биомассы - 400 000 миллионов тонн Скорость накопления энергии наземной биомассой - 3000 ЭДж/год (95 TВт) Общее потребление всех видов энергии - 400 ЭДж/год (12 TВт) Потребление энергии биомассы - 55 ЭДж/год (1,7 TВт)

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕИМУЩЕСТВА Использование энергии биомассы обладает многими уникальными качествами, которые обеспечивают его экологические преимущества. Оно может способствовать смягчению проблемы изменения климата, уменьшить количество кислотных дождей, эрозию почвы, загрязнение водоемов и нагрузку на полигоны ТБО, обеспечить среду для существования диких видов животных и помочь поддерживать здоровые условия существования лесов с помощью лучшего менеджмента.

Биогаз Что же такое биогаз? Биогаз основные компоненты: - метан (СН4) – 45%-70% - углекислый газ (СО2) – 28-43%, а количествах например (Н2S). очень малых другие газы, сероводород также в – смесь газов. Его - гореть. Оставшаяся после органическая масса Благодаря высокому содержанию метана (до 70%) биогаз естественной может переработки собой качественное обеззараженное удобрение. Для примера из навоза одной коровы можно получить в сутки до 3,2 м3 биогаза, заключённая в одном м3 биогаза энергия эквивалентна энергии 0,6 м3 природного горючего газа, 0,74 л нефти, 0,65 л дизельного топлива, 0,48 л бензина. такой представляет

Состав биогаза. Сырьё для получения  50-87 % метана, 13-50 % CO2, незначительные примеси H2 и H2S. После очистки биогаза от СО2 получается биометан. Биометан - полный аналог природного газа, отличие только в происхождении.  Перечень органических отходов, пригодных для производства биогаза: навоз, птичий помёт, зерновая послеспиртовая барда,  пивная дробина, свекольный жом, фекальные осадки, отходы рыбного и забойного цеха (кровь, жир, кишки), трава, бытовые отходы, отходы молокозаводов - соленая и сладкая молочная сыворотка, отходы производства биодизеля - технический глицерин от производства биодизеля из рапса, отходы от производства соков - жом фруктовый, ягодный, овощной, виноградная выжимка, водоросли, отходы производства крахмала и патоки - мезга и сироп, отходы переработки картофеля, производства чипсов - очистки, шкурки, гнилые клубни, кофейная пульпа.  Кроме отходов биогаз можно производить из специально выращенных энергетических культур, например, из силосной  кукурузы или сильфия, а также водорослей. Выход газа может достигать до 300 м³ из 1 тонны.  На практике из 1 тн сухого вещества получают от 300 до 500  литров биогаза.

Экологические преимущества производства биогаза  Производство биогаза позволяет предотвратить выбросы метана в атмосферу. Метан оказывает влияние на парниковый эффект в 21 раз более сильное, чем СО2, и находится в атмосфере 12 лет. Захват метана — лучший краткосрочный способ предотвращения глобального потепления.  Переработанный навоз, барда и другие отходы применяются в качестве органического удобрения в сельском хозяйстве. Это позволяет снизить применение химических удобрений, сокращается нагрузка на грунтовые воды.

Биогазовые установки Принцип работы установки Биомасса (отходы или зеленая масса) периодически подаются в реактор. Реактор представляет собой подогреваемый резервуар, оборудованный миксерами. В реакторе живут полезные бактерии, питающиеся биомассой. Продуктом жизнедеятельности бактерий является биогаз. Для поддержания жизни бактерий требуется подача корма, подогрев до 35-38°С и периодическое перемешивание. Образующийся биогаз скапливается в хранилище (газгольдере), затем проходит систему очистки и подается к потребителям (котел или электрогенератор). Реактор работает без доступа воздуха, герметичен и неопасен.

Экономика биогаза на агрокомплексах Агропредприятия считаются основным потребителем биогазовых технологий. В пользу этого играет неплохая экономика подобных проектов. Из тонны навоза КРС получается 30-50 м3 биогаза. Одна корова способна обеспечить получение 2,5 кубометра газа в сутки. Из 1 кубометра биогаза можно выработать около 2 кВт электроэнергии. Плюс вырабатывается органическое удобрение, использование которого ощутимо улучшает экономические характеристики биогазовой установки. Стадо КРС 900 голов, окупается в режиме производства тепла и электроэнергии за 5-7 лет, а если же учитывать стоимость получаемых органических удобрений, то срок окупаемости сокращается до 2,5 лет. Расход этих удобрений составляет 1-5 т вместо 60 т необработанного навоза для обработки 1 га земли. Испытания показывают еще и увеличение урожайности в 2-4 раза.

Продукты, получаемые в результате применения технологии. Основные продукты: Тепло получают от охлаждения генератора или от сжигания биогаза. Электричество - из одного м3 биогаза можно выработать около 2 кВт электроэнергии. Удобрения - удобрения, получаемые в виде перебродившей массы - это экологически чистые, удобрения лишенные нитритов, семян сорняков, болезнетворной микрофлоры, специфических запахов. Расход этих удобрений составляет 1-5 т вместо 60 т необработанного навоза для обработки 1 га земли. Вторичные продукты: Утилизацию органических отходов - биогазовые установки могут устанавливаться как очистные сооружения на фермах, птицефабриках, спиртовых заводах, сахарных заводах, мясокомбинатах, тем самым повышая санитарно-гигиеническое состояние предприятий. Решение экологических проблем – производство биогаза позволяет предотвратить выбросы метана в атмосферу, снизить применение химических удобрений, сократить нагрузку на грунтовые воды.

Окупаемость  Срок окупаемости биогазового комплекса зависит от следующих показателей: • Наличие собственных средств у владельца проекта; • Привлечения заёмных средств; • Величина тарифов на газ, тепловую и электрическую энергию; • Возможность продавать тепловую и электрическую энергию в сеть (или другим потребителям); • Возможность продажи удобрений; • Возможность утилизации органических отходов других компаний.  Срок окупаемости при усреднённых показателях от 5 лет.

Преимущества технологии 1. Возможности локальной генерации тепла и электроэнергии для собственных нужд клиента. 2. Производство высококачественного удобрения. 3. Решение экологических проблем по утилизации отходов производства. 4. Возможность экспорта энергии другим потребителям, например близлежащим населённым пунктам. 5. Уменьшение зависимости от роста тарифов на электроэнергию и тепло. 6. Возможность регулирования производства, как тепла, так и электроэнергии в зависимости от потребностей.

«Биогазовая установка в ООО «СХП» Дмитриевской Кавказского района» Краснодарский край» Площадь занимаемого участка: 2 га Расстояние до краевого центра: 124 км Потребность в инвестициях: 100 % Условия участия инвестора: прямые инвестиции Необходимые инвестиции: 2 млн. евро Срок реализации проекта: 1,5 года Количество голов: 2500 шт. Производство метана в сутки: 5000 м3 в сутки РЕЗУЛЬТАТ: Проектная электрическая введение в эксплуатации действующего завода по утилизации мощность: 0,6 МВт органических отходов на территории РФ, перерабатывающего 137 Проектная тепловая мощность: 0,9 тонн отходов в сутки, окупаемость проекта от 5 до 7 лет МВт Суть проекта: Строительство биогазовой установки на базе свиноводческого комплекса полного цикла. Проект основан на применении датской технологии как свиноводства так и получения биогаза с внедрением международных стандартов качества. Цель проекта: Утилизация органических отходов, производство высококачественного удобрения, попутное производство тепла и электроэнергии.

Технико-экономические показатели: Установленная мощность 2,4 МВт электроэнергии Выработка электроэнергии  19,6 млн кВт/ч в год Выработка тепловой энергии 18,2 тыс. Гкал. в год Производство 66,8 тыс. тонн удобрений в год Переработка сырья (в год): 14,6 тысяч тонн отходов бойни 26 тысяч тонн свиноводческих стоков 1,8 тысяч тонн канализационных отходов в виде шлама 26 тыс. тонн силоса 5 тыс. тонн воды Всего 73400 тонн сырья в год. Все компоненты (основное сырье) для производства биогаза будут поставлять белгородские сельхозпредприятия. В реализации проекта используется оборудование немецких производителей, поставляемое компанией Big Dutchman Agro.

Выводы: Биогаз экономически выгодный вид топлива. Мы выяснили, что Краснодарский край имеет достаточные ресурсы для создания биогазовых установок.  Действительно, наш регион имеет довольно большой потенциал для производства биогаза. Биогаз, полученный с помощью биогенератора возможно применять в сельском и домашнем хозяйстве. Биогаз способен заменить природный газ в универсальных устройствах. В быту биогаз может использоваться для подогрева воды, отапливания помещений, приготовления пищи, как топливо для автомобиля и некоторых других нужд. Экологические преимущества производства биогаза Производство биогаза позволяет предотвратить выбросы метана в атмосферу. Метан оказывает влияние на парниковый эффект в 21 раз более сильное, чем СО2, и находится в атмосфере 12 лет. Захват метана - лучший краткосрочный способ предотвращения глобального потепления. Переработанный навоз, барда и другие отходы применяются в качестве органического удобрения в сельском хозяйстве. Это позволяет снизить применение химических удобрений, сокращается нагрузка на грунтовые воды. Мы выяснили, что биогаз является более экологически чистым веществом, чем большинство других видов топлива. Никаких вредных веществ (кроме небольшого количества углекислого газа) в процессе получения биогаза не выделяется. Однако, для того, чтобы производство биогаза в России достигло промышленных масштабов необходимо, чтобы этим заинтересовались на государственном уровне, донести сведения об экономической эффективности биогаза до потенциально возможных производителей (предпринимателей, фермеров и др.). Развитие производства биогаза позволит как существенно сэкономить расходы государства в энергетической отрасли, так и защитить кошельки простых граждан от «кусающихся» цен на энергоносители и тарифов

Спасибо за внимание!