Применение биомассы в энергетике

Биомасса — шестой по запасам из доступных на настоящий момент источников энергии после горючих сланцев, урана, угля, нефти и природного газа. Приближённо полная биологическая масса земли оценивается в 2,4·10¹² тонн.

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)

Биомасса применяется для производства тепла, электроэнергии, биотоплива, биогаза (метана, водорода).

Основная часть топливной биомассы (до 80%), это прежде всего древесина, употребляется для обогрева жилищ и приготовления пищи в развивающихся странах.

5 РАСЧЁТЫ ОСНОВНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

Биомасса, как производная энергии Солнца в химической форме, является одним из наиболее популярных и универсальных ресурсов на Земле. При рассмотрении энергетического потенциала к биомассе относят все формы материалов растительного происхождения, которые могут быть использованы для получения энергии: древесину, травяные и зерновые культуры, отходы лесного хозяйства и животноводства и т.д. Теплотворная способность сухой биомассы составляет около 14 МДж/кг. В момент образования (сбора урожая) биомасса содержит большое количество воды, от 8 до 20 % в пшеничной соломе, 30 – 60 % в древесине, до 75 – 90 % в навозе сельскохозяйственных животных и 95 % в водном гиацинте. В процессе переработки биомассы за счет брожения выделяется биогаз, который представляет собой ценное, экологически чистое топливо. Выход биогаза зависит от содержания сухого вещества и вида используемого сырья. Из тонны навоза крупного рогатого скота получается 40 – 50 м³ биогаза с содержанием метана 60 %. Энергия, заключенная в 1 м³ биогаза эквивалентна 0,6 м3 природного газа, 0,74 м³ нефти и 0,66 л дизельного топлива. В расчётах используется понятие сухого вещества (СВ). Вода, содержащаяся в биомассе, не даёт газа. Производство биогаза происходит с помощью специальных устройств – биогазовых установок (БГУ). Основными компонентами БГУ являются: метантенк (реактор), газгольдер, система загрузки, система выгрузки, смесительная емкость и выпускной газопровод. Различают 3 уровня брожения: низкий (до 20 ^оС) – психрофильное брожение; средний (32–34^оС) – мезофильное брожение и высокий (52–55 ^оС) – термофильное брожение. Чем выше температура, тем лучше идет процесс брожения, однако при этом значительно возрастают затраты на подогрев.

5.1 Расчёт объема биогазовой установки для фермерского хозяйства и выход биогаза при сбраживании навоза от животных. Процесс брожения – мезофильный, загрузка биомассы – из помещения с температурой t_{О.С .} =15^оС. Определение потенциального запаса энергии биогаза и количество теплоты для поддержания процесса брожения биомассы в метантенке. Определение объема природного газа, нефти и дизельного топлива может заменить полученный объем биогаза.