Безопасность жизнедеятельности человека. Основы энергосбережения (Лекция 4.3)

Возобновляемые топливно – энергетические ресурсы:
- биоэнергия (древесное (растительное) топливо, биогаз, биодизель, биоэтанол;
- энергия солнца (гелиоэнергетика);
- энергия ветра;
- гидроэнергия;
- геотермальная энергия.

Основополагающий нормативный правовой акт, который определил развитие возобновляемой энергетики - Закон Республики Беларусь
от 27 декабря 2010 г. № 204-З
«О возобновляемых источниках энергии»

Энергетический сценарий в Европе

Сырье
Древесная биомасса.
Отходы животноводства (навоз животных и пр.) Отходы растениеводства (ботва, травы, силосные отходы, солома злаковых пр.).
Твердые бытовые отходы (ТБО).
Коммунально-бытовые стоки городов и поселков.
Отходы пищевой, мясомолочной, микробиологической промышленности.
БИОЭНЕРГЕТИКА

Древесная биомасса
- все вещества, из которых состоят листья, хвоя, неодревесневшие побеги, сучья, ветви, вершины, ствол дерева, кора и корневая система.

Древесное топливо
Необлагороженное :
- дрова;
- топливная щепа;
- стружка, опилки;
- отходы лесопиления; - отходы деревообработки;
- быстрорастущая древесина (ольха, ива)

Облагороженное:
(специально произведенное из необлагороженного)
топливные брикеты;
пеллеты, таблетки;
древесный порошок;
древесный уголь;
древесноугольное топливо (порошковый уголь в мазуте),
- газогенераторный газ, этиловый спирт и др.
Древесное топливо

Производство топливной щепы из быстрорастущей древесины

Топливные древесные брикеты, гранулы (пелетты)
- изготовлены методом прессования древесного сырья;
–экологически чистый вид топлива;
- предназначены для получения тепла методом сжигания.

Биоэтанол – этанол, производимый из биомассы и/или биологически разлагаемых компонентов отходов и используемый в качестве биотоплива.
Жидкое биотопливо
Биоэтанол.
Биодизель.
3. Синтетическое жидкое топливо.
Биодизель получают путем смешивания растительного масла или животного жира со спиртом и катализатором посредством химического процесса, называемого трансэтерификацией.
Синтетическое жидкое топливо получают на основе продуктов газификации биомассы - синтез-газа.

Биотопливо в сравнении

Биоэтанол первого поколения
- спирт, получаемый из пищевого растительного сырья:
- сахарного тростника,
- кукурузы,
- сахарной свеклы,
- пшеницы,
- ячменя,
- картофеля.
Крупнейшие производители этого вида топлива – Бразилия и США – примерно 90 % мирового производства.

Биоэтанол второго поколения
Производится из непищевого сырья - различные отходы сельского и лесного хозяйства:
- пшеничная солома;
- рисовая солома;
- багасса сахарного тростника;
-древесные опилки – т.е. практически любой вид целлюлозы.
Не затрагиваются интересы пищевой промышленности

Наиболее распространены смеси Е 5, Е 10 и Е 85.
В Бразилии чистый биоэтанол – Е 100.
Стандарт бензина Е 85 (85 % - этанола, 15 % - бензина) используют около 40 государств.
Биоэтанол как транспортное топливо
для специальных двигателей с содержанием этилового спирта до 85 %;
как компонент моторных топлив для обычных двигателей при содержании этанола от 5 до 24 % (в России — бензанолы, в США и Западной Европе — «газохол»);
Доля этанола в мировом потреблении моторного топлива –
6-7%.

- при сгорании биоэтанола выделяется в 10 раз меньше углекислого газа, чем при сгорании бензина;
- биоэтанол не токсичен;
- растворим в воде;
не вызывает загрязнения грунтовых вод.
Выделяемый при сжигании
биоэтанола углекислый газ имеет
первичное атмосферное
происхождение:
его опять поглощают растения,
которые в будущем станут сырьем
для получения топливного этанола.
Экологические аспекты

Производство биоэтанола
США 47 %
Бразилия 43 %
Остальные страны 10 %
ОБЪЕМ ПРОИЗВОДСТВА БИОЭТАНОЛА
ПО ПРОГНОЗУ МЕЖДУНАРОДНОЙ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ АССОЦИАЦИИ (IEA)
В России биоэтанол не производится,
Потенциальный рынок – более 3,6 млн.т

Биодизель (biodiesel)
- метиловый эфир, получаемый в результате химической реакции из любых растительных масел и животных жиров.

Сырье для производства биодизельного топлива
Рапс – Европа.
Соя -Южная и Северная Америка.
В тропических и субтропических странах – арахис, кокосовое масло и др.
Можно использовать жиры, остающиеся после переработки рыбы или животных продуктов

Схема переработки рапса

Применение биодизельного топлива
Биодизель является возобновляемым топливом. Более широко в качестве биодизеля используются:
- рапсовый метиловый эфир [RME] в Европе;
- соевый метиловый эфир [SME] в США.
Применение биодизеля
не требует внесения
изменений в двигатель.

Преимущества использования биодизеля
(по сравнения с обычным дизтопливом)
Главное преимущество – возобновляемый источник энергии.
Растительное происхождение.
Сырье - растительные масла, животные жиры.
Не обладает бензоловым запахом.
Хорошие смазочные характеристики – увеличивает ресурс двигателя (химический состав и содержание кислорода).
Содержание серы < 0,001 %, минеральное дизтопливо < 0,2 %- увеличивает ресурс узлов топливной системы.

Технологии производства жидкого моторного топлива

Биогаз
- горючий газ, образующийся при сбраживании биомассы.
Состав:
- метан - 55-75 %;
двуокиси углерода - 25-45 %;
примеси сероводорода, аммиака, оксидов азота и
других - менее 1 %.
Разложение биомассы происходит в результате химико-физических процессов и жизнедеятельности бактерий.

Отходы для производства биогаза
навоз свиней и КРС, помёт птицы;
остатки корма КРС;
ботва овощных культур;
некондиционный урожай злаковых и овощных культур, сахарной свёклы, кукурузы;
жом и меласса;
мучка, дробина, мелкое зерно, зародыши;
дробина пивная, послеспиртовая барда, солодовые ростки, белковый отстой;
отходы крахмало - паточного производства;
выжимки фруктовые и овощные;
сыворотка;
и пр.

Простейшая китайская установка
В сельских районах Китая более 50 миллионов человек пользуются биогазом в качестве топлива.
Типичная биогазовая установка имеет объем реактора около 6-8 м3, производит 300 м3 биогаза в год, работая ежегодно от 3 до 8 месяцев, и стоит около $200–250.

Коротинский В.А. и Костюкевич С.Б.
([phone]
АТМОСФЕРА
СО2
СО2
поглощение
СО2
Биомасса - возобновляемый источник энергии
Пищевая индустрия
Навоз
Молоко, мясо
Электроэнергия
Тепловая энергия
Силовая установка
Трансформатор
Биореактор
Удобрения
Субстрат
Биогаз СН4
Биоотходы
БИОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА

Схема биогазового энергетического комплекса

Основные элементы биогазовой установки

С.х. предприятие «Белорусский»
(электрическая мощность 340 кВт)

Экология
- метан оказывает влияние на парниковый эффект в 21 раз более сильное, чем СО2;
- метан находится в атмосфере 12 лет.
- захват метана — лучший краткосрочный способ предотвращения глобального потепления.

Энергетическое использование коммунальных отходов

Свалочный газ
Органическое вещество - основной компонент ТБО, разлагается на свалках приблизительно в течение 20 лет.
Активное газообразование начинается примерно с третьего года от начала складирования, постепенно нарастая, и продолжается 10-15 лет, после чего процесс постепенно замедляется.
Выход свалочного газа 100 м3/т ТБО
=>скорость выхода - 5 м3/т ТБО в год.
Свалочный газ - топливо для получения электрической и тепловой энергии.

В Республике Беларусь:
ежегодно накапливается около 3 млн. т твердых бытовых отходов (ТБО); – более 170 полигонов ТБО;
- по данным министерства ЖКХ, с каждым годом этот объем возрастает примерно на 20%;
- мусороперерабатывающие предприятия перерабатывают только 12 % (ТБО).

Мощность установки 2 МВт.
Инвестиции - 3,2 млн. долларов США. Расчетный cрок
окупаемости
– 8,5 года

Энергетическое использование сточных вод

Самая крупная фотоэлектростанция в РБ и одна из крупнейших на территории бывшего СССР находится в г. Речица (Гомельская область).
Максимальная электрическая мощность
составляет 57,8 МВт.
В общемировом зачёте станция
на 28 месте.
Она занимает площадь в 110 Га (площадь 154 футбольных полей).
На фотоэлектростанции расположено 217932 солнечных модуля.

Фотоэлектростанция «Солар II» - Брагинский район.
Электрическая мощность 16– 18,5 МВт.
Этого достаточно для питания Брагинского, Хойникского и Лоевского районов.
Стоимость - 24 млн евро.
Каждый час работы электростанции позволяет экономить 7 тыс. кубометров природного газа.

Геотермальная энергия в Беларуси
В республике известны 2 возможных района для извлечения геотермальной энергии (в Гомельской и Брестской области).
Температура вода в скважинах на глубине:
1 400 - 1 800 м - 50 °С;
3 800 м – 90 - 95 °С
4 200 м - 100 °С.
Такие же зоны - недалеко от Гродно и в Оршанской впадине.

Геотермальная энергия
В Беларуси действует более 200 геотермальных установок.
Введена в эксплуатацию геотермальная станция в Брестском районе для обогрева теплиц с экономией природного газа до 10 % от его общего потребления.

Ветроэнергетика — отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии, удобную для использования в народном хозяйстве.

Ветроэнергетический потенциал РБ
На территории Беларуси имеется 1840 площадок для размещения ветроустановок.