Генерирование электрической энергии из биотоплива

Биомасса

Растущие деревья, трава или другой вид биомассы при сжигании как топливо при выработке электрической энергии имеют особенности, как утилизация солнечной энергии для выработки электричества. Основным преимуществом биотоплив является то, что они являются возобновляемыми, которые совершенно не способствуют глобальному потеплению. При сжигании ископаемого топлива кроме потока пара для генерации электрической энергии так же образуется поток парниковых газов. В случае с биотопливом, процесс роста новой биомассы основан на фотосинтезе, который использует солнечный свет для извлечения диоксида углерода (CO_{2}) из атмосферы и преобразования его в органические компоненты, таким образом, захватывая парниковые газы, возникающие в результате сгорания.

К несчастью, логистика разрушает аргументы к использованию биомассы. Энергетическое содержание биомассы относительно низко и требуются большие площади для культивации топлив и ещё большие затраты энергии требуются для уборки и транспортировки к энергетическим станциям. Для дальнейшей культивации цемель зола, содержащая множество микроэлементов, должна быть возвращена на поля.

Несмотря на это, к 2030 году прогнозируется увеличение производства электрической энергии утроится и достигнет 2% в мире и 4% в Европе, что будет являться результатом работы правительств по пропаганде возобновляемых источников энергии.

Биотоплива

Быстрорастущие деревья и трава являются идеальными источниками биотоплива, но возможно так же использование агротехнологических, и даже домашних и индустриальных выбросов. В Австралии и Латинской Америке отходы производства сахара, жмых, сжигается в качестве источника энергии для производства сахарной продукции. К сожалению, энергетическое содержание всех этих видов топлива составляет только половину того, что содержит уголь.

Энергетическое содержание так же зависит от влажности биомассы. Перед тем, как она может быть использована, она должна быть высушена, поскольку энергетическое содержание обычно указывается для сухого топлива после удаления влаги. Некоторые виды топлива, например, трава, могут быть оставлены на полях для просушки, а могут быть высушены в печи. В зависимости от влажности и конечного назначения, биомасса может быть спрессована в брикеты на полях или фабриках.

Теплота сгорания

Энергетическое содержание биомассы очень сильно зависит от влажности этого топлива и его природы. Дерево и трава могут давать только 10 ГДж/тонну при содержании влажности до 50%, но теплота сгорания может быть увеличена сушкой. Открытый воздух может снизить содержание влаги до 20%, но сушка в печи ещё больше снижает это значение, позволяя добиться энергетического содержания до 18 ГДж/тонну, иногда и большего.

Таким образом, сравнение может быть сделано последовательно, теплота сгорания биотоплива обычно указывается для высушенного топлива с минимальным содержанием влаги - гигаджоулей на тонну топлива, высушенного в печи.

Индустриальные и домашние отходы имеют значительно меньшее энергетическое содержание. Можно ожидать, что энергетическое содержание отходов в богатых странах выше, чем в бедных, чьи отходы не могут быть использованы для генерации электрической энергии. Для сравнения, приведённая теплота сгорания угля хорошего качества составляет около 30 ГДж/тонну.

Сборы урожая

Меры при выращивании топлива обычно приводятся в тоннах высушенного в печи топлива в год. Как и энергетическое содержание, они зависят от типа выращиваемой культуры и того, как её выращивают. Существует несколько ключевых факторов.

  • Тип культуры - естественная скорость роста культуры
  • Размещение - качество мочвы, число солнечных часов, температура, осадки и дренаж
  • Технология возделывания - плотность посадки, количество удобрений и периоды обработки

Таблица ниже показывает типовые значения отходов и энергетическое содержание некоторых видов биотоплива.

Культура Отходы выращивания, тонн/га/год Энергетическое содержание, ГДж/тонну
Тополь 8-10 18,5
Ива 10-15 18,5
Мискантус 10-13 17
Просо 10-13 17
Тростник 5-15 16,2

Потребность в топливе

Например, энергостанция мощностью 10 МВт будет поставлять 87 600 МВт-ч (315 360 ГДж) электрической энергии в год, если не будет происходить простоев. Поскольку эффективность генерирования электрической энергии из биотоплива обычно составляет не более 35% (Смотрите эффективность генерации), количество потреблённой за год энергии биотоплива для этой электростанции должно быть не менее 250 МВт-ч или 900 000 ГДж. Поскольку среднее содержание энергии биотоплива составляет 18 ГДж/тонну, потребуется 50 000 тонн биотоплива для обеспечения этого количества электрической энергии. Типичные урожаи около 10 тонн/га/год, при этом для электростанции мощностью 10 МВт потребуется 5 000 га качественных земель для работы на таком топливе.

Сравние с менее чем 1 гектаром земли для установки двух ветротурбин мощностью 5 МВт (подробнее в ветроустановках).

Генерирование электрической энергии

Генерирующие станции работают на биотопливе используя обычные паровые турбины для электростанций, которые используются при сжигании топлива с модификацией системы подачи топлива и горелки для работы на объёмном топливе.

Ко-генерация

В связи с низкой эффективностью преобразования биотоплива, реальные системы часто используют совместное сжигание с углём для достижения достаточного уровня использования энергетической установки.

Результат для окружающей среды

В то время, как выращивается биомасса, для обеспечения дружественного для природы источника генерации электрической энергии, её производство занимает земли, которые должны использоваться для производства пищи. Смотрите так же угольный след.

Смотрите так же генераторы.

results matching ""

    No results matching ""