Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Древесная щепа в бункере для хранения, посередине мешалка для транспортировки материала с помощью винтового конвейера к котлу.

Системы отопления на биомассе вырабатывают тепло из биомассы .
Системы подпадают под следующие категории:

Преимущества нагрева биомассы [ править ]

Использование биомассы в системах отопления выгодно, поскольку в ней используются сельскохозяйственные, лесные, городские и промышленные отходы и отходы для производства тепла и / или электроэнергии с меньшим воздействием на окружающую среду, чем ископаемое топливо. [1] Этот тип производства энергии имеет ограниченное долгосрочное воздействие на окружающую среду, поскольку углерод в биомассе является частью естественного углеродного цикла ; в то время как углерода в ископаемом топливе нет, и он постоянно добавляет углерод в окружающую среду при сжигании в качестве топлива ( углеродный след ). [2] Исторически до использования ископаемого топлива в значительных количествах биомасса в виде древесного топливаобеспечивала большую часть обогрева человечества. Потенциальным источником нагрева биомассы, который является предметом исследования, является гидролиз и мономеризация целлюлозы как источник тепла, что приводит к низкому выходу парниковых газов. [3]

Здоровье леса

Поскольку лесная биомасса обычно производится из древесины, имеющей более низкую коммерческую ценность, лесная биомасса обычно заготавливается как побочный продукт других операций по заготовке древесины. Отопление на биомассе обеспечивает рынки для древесины с более низкой стоимостью, что позволяет вести здоровое и прибыльное лесопользование. В Новой Англии по состоянию на 2017 год одной из самых серьезных угроз здоровью лесов является переход от лесного хозяйства к сельскому хозяйству и развитию. В 2017 году ученые Harvard Forest сообщили, что в результате переустройства ежедневно терялось 65 акров леса. Обеспечивая рынки для низкосортной древесины, ценность лесов повышается, что снижает вероятность перехода на жилищное строительство или сельское хозяйство. [4]

Недостатки нагрева биомассы [ править ]

В крупном масштабе использование сельскохозяйственной биомассы исключает сельскохозяйственные угодья из сферы производства продуктов питания , снижает способность лесов к связыванию углерода , которые не управляются устойчиво, и извлекает питательные вещества из почвы. Сжигание биомассы создает загрязнители воздуха и добавляет в атмосферу значительное количество углерода, который не может быть возвращен в почву в течение многих десятилетий. [5] Промежуток времени между сжиганием биомассы и моментом, когда углерод вытягивается из атмосферы по мере роста растения или дерева, чтобы заменить его, называется углеродным долгом. Концепция углеродного долга является предметом дискуссий. Фактическое воздействие углерода может зависеть от философии, масштаба урожая, типа земли, типа биомассы (например, трава, кукуруза, новая древесина, древесные отходы, водоросли), типа почвы и других факторов. [6]

Использование биомассы в качестве топлива приводит к загрязнению воздуха в виде оксида углерода , NOx (оксидов азота), ЛОС ( летучих органических соединений ), твердых частиц и других загрязнителей, в некоторых случаях на уровнях, превышающих уровни из традиционных источников топлива, таких как уголь или природный газ. . [7] [8] Черный углерод - загрязнитель, образующийся в результате неполного сгорания ископаемого топлива, биотоплива и биомассы - возможно, является вторым по величине фактором глобального потепления. [9] В 2009 году шведское исследование гигантской коричневой дымки, которая периодически покрывает большие площади в Южной Азии, показало, что она в основном образовалась в результате сжигания биомассы и, в меньшей степени, сжигания ископаемого топлива. [10] Исследователи измерили значительную концентрацию 14 C , которая связана с недавней растительностью, а не с ископаемым топливом. [11] Современные устройства для сжигания биомассы резко сокращают вредные выбросы с помощью передовых технологий, таких как системы кислородной коррекции. [12]

При сгорании углерод из биомассы выбрасывается в атмосферу в виде диоксида углерода (CO 2 ) . Количество углерода, хранящегося в сухой древесине, составляет примерно 50% по весу. [13] Из сельскохозяйственных источников растительное сырье, используемое в качестве топлива, может быть заменено посадкой для новых побегов. Когда биомасса поступает из леса, время для повторного улавливания накопленного углерода обычно больше, и способность леса хранить углерод в целом может быть уменьшена, если используются деструктивные методы ведения лесного хозяйства. [14] [15] [16] [17]

Предложение о сохранении углеродной биомассы в лесах, выдвинутое в начале 1990-х годов, было заменено более современной наукой, которая признает, что спелые, нетронутые леса улавливают углерод более эффективно, чем вырубки. Когда углерод дерева выбрасывается в атмосферу за один импульс, он вносит гораздо больший вклад в изменение климата, чем лесная древесина, медленно гниющая на протяжении десятилетий. [18] Некоторые исследования показывают, что «даже через 50 лет лес не восстановился до своего первоначального запаса углерода» и «оптимальной стратегией, вероятно, будет защита древостоя». [19] Другие исследования показывают, что хранение углерода зависит от леса и использования собранной биомассы. В лесах часто используются деревья с разным возрастом, а зрелые деревья собираются чаще и меньше. Эти леса взаимодействуют с углеродом иначе, чем спелые вырубленные леса. Кроме того, чем эффективнее преобразование древесины в энергию, тем меньше древесины используется и короче углеродный цикл. [20]

Отопление биомассой в нашем мире [ править ]

Система отопления на биомассе для одного комплекса зданий в Испанской Стране Басков

Рост цен на нефть с 2003 года и последующий рост цен на природный газ и уголь увеличили ценность биомассы для производства тепла. Лесная визуализация, сельскохозяйственные отходы и культуры, выращиваемые специально для производства энергии, становятся конкурентоспособными по мере роста цен на энергоемкие ископаемые виды топлива. Усилия по развитию этого потенциала могут привести к восстановлению плохо управляемых пахотных земель и стать винтиком в колесе децентрализованной многомерной отрасли возобновляемых источников энергии . Усилия по продвижению и продвижению этих методов стали обычным явлением во всем Европейском Союзе.через 2000-е гг. В других регионах мира неэффективные и загрязняющие средства производства тепла из биомассы в сочетании с неэффективными методами ведения лесного хозяйства значительно усугубили деградацию окружающей среды .

Буферные баки [ править ]

В буферных баках накапливается горячая вода, которую генерирует биомасса, и циркулирующая по системе отопления. [21] Иногда их называют «тепловыми накопителями», они имеют решающее значение для эффективной работы всех котлов, работающих на биомассе, когда загрузка системы быстро колеблется или объем воды в гидравлической системе в целом относительно невелик. Использование буферной емкости подходящего размера предотвращает быстрое переключение котла, когда нагрузка ниже минимальной мощности котла. Быстрое переключение котла приводит к значительному увеличению вредных выбросов, таких как оксид углерода , пыль и NOx., значительно снижает КПД котла и увеличивает потребление электроэнергии агрегатом. Кроме того, требования к обслуживанию и ремонту будут увеличиваться, поскольку детали подвергаются нагрузке из-за быстрых циклов нагрева и охлаждения. Хотя большинство котлов заявляют, что могут снизить до 30% номинальной мощности, в реальном мире это часто недостижимо из-за различий в топливе от «идеального» или тестового топлива. Следовательно, следует рассмотреть вопрос о буферном резервуаре подходящего размера, если загрузка котла падает ниже 50% от номинальной мощности - другими словами, если компонент биомассы не является чисто базовой нагрузкой, система должна включать буферный резервуар. В любом случае, когда вторичная система не содержит достаточного количества воды для безопасного отвода остаточного тепла от котла, работающего на биомассе, независимо от условий нагрузки,система должна включать буферный резервуар подходящего размера. Востаточное тепло от блока биомассы сильно варьируется в зависимости от конструкции котла и тепловой массы камеры сгорания. Легким и быстродействующим котлам требуется всего 10 л / кВт, в то время как промышленным агрегатам из влажной древесины с очень высокой тепловой массой требуется 40 л / кВт. [22]

Типы систем отопления на биомассе [ править ]

Отопительная установка на биомассе в Австрии; тепловая мощность около 1000 кВт

Использование биомассы в системах отопления находит применение во многих различных типах зданий, и все они используются по-разному. Существует четыре основных типа систем отопления, использующих биомассу для нагрева котла. Это полностью автоматизированные, полуавтоматические, гранулированные и комбинированные теплоэнергетические установки.

Полностью автоматизированный [ править ]

В полностью автоматизированных системах измельченные или измельченные древесные отходы доставляются грузовиками на место и сбрасываются в сборный резервуар. Затем система конвейеров транспортирует древесину из сборного бака в котел с определенной регулируемой скоростью. Этой скоростью управляет компьютер и лазер, который измеряет количество топлива, которое подает конвейер. Система автоматически включается и выключается, чтобы поддерживать давление и температуру внутри котла. Полностью автоматизированные системы очень просты в эксплуатации, поскольку они требуют, чтобы оператор системы управлял компьютером, а не транспортировкой древесины, предлагая комплексные и экономически эффективные решения сложных промышленных задач. [23] [24]

Полуавтоматический или «мусорный бак» [ править ]

Полуавтоматические системы или системы «Surge Bin» очень похожи на полностью автоматизированные системы, за исключением того, что они требуют большего количества рабочей силы для поддержания работоспособности. У них есть накопительные резервуары меньшего размера и гораздо более простые конвейерные системы, для поддержания работы которых потребуется персонал. Причиной изменений от полностью автоматизированной системы является ее эффективность. Тепло, создаваемое камерой сгорания, можно использовать для прямого нагрева воздуха или для нагрева воды в котельной системе, которая действует как среда, с помощью которой доставляется тепло. [25]Котлы, работающие на дровяном топливе, наиболее эффективны, когда они работают на максимальной мощности, и количество тепла, необходимое для большинства дней в году, не будет пиковым потреблением тепла в году. Учитывая, что системе нужно будет работать с высокой производительностью только несколько дней в году, она предназначена для удовлетворения требований в течение большей части года, чтобы поддерживать свою высокую эффективность. [24]

На пеллетах [ править ]

Третий основной тип биомассы отопительных систем являются гранулированные -fired системы. Пеллеты - это обработанная форма древесины, которая делает их более дорогими. Хотя они более дорогие, они гораздо более плотные и однородные, а значит, более эффективные. Кроме того, относительно легко автоматически подавать пеллеты в котлы. В этих системах гранулы хранятся в силосе для хранения зерна, и для их перемещения в котел используется сила тяжести. Для систем, работающих на гранулах, требования к хранению намного меньше из-за их конденсированной природы, что также помогает сократить расходы. Эти системы используются на самых разных объектах, но они наиболее эффективны и экономичны в местах, где пространство для хранения и конвейерных систем ограничено, и где гранулы производятся достаточно близко к объекту.[24]

Системы сельскохозяйственных гранул [ править ]

Одной из подкатегорий пеллетных систем являются котлы или горелки, способные сжигать пеллеты с более высокой зольностью (бумажные гранулы, сенные гранулы, гранулы из соломы ). Одна из таких - пеллетная горелка PETROJET с вращающейся цилиндрической камерой сгорания. [26] С точки зрения эффективности усовершенствованные котлы на пеллетах могут превосходить другие формы биомассы из-за более стабильных характеристик топлива. Усовершенствованные пеллетные котлы могут работать даже в конденсационном режиме и охлаждать дымовые газы до 30-40 ° C вместо 120 ° C перед отправкой в ​​дымоход. [27]

Комбинированное тепло и электроэнергия [ править ]

Комбинированные теплоэнергетические системы - очень полезные системы, в которых древесные отходы, такие как древесная щепа , используются для выработки электроэнергии, а тепло создается как побочный продукт системы производства электроэнергии. Они имеют очень высокую стоимость из-за работы под высоким давлением. Из-за этой операции под высоким давлением необходимость в высококвалифицированном операторе является обязательной, что увеличивает стоимость эксплуатации. Другой недостаток заключается в том, что, производя электричество, они будут производить тепло, и если производство тепла нежелательно в определенные периоды года, необходимо добавить градирню, что также приведет к увеличению стоимости.

Есть определенные ситуации, когда ТЭЦ - хороший вариант. Производители изделий из дерева будут использовать комбинированную систему производства тепла и электроэнергии, потому что у них есть большие запасы древесных отходов и потребность как в тепле, так и в электроэнергии. Другие места, где эти системы были бы оптимальными, - это больницы и тюрьмы, которым нужна энергия и тепло для горячей воды. Эти системы имеют такие размеры, что они производят достаточно тепла, чтобы соответствовать средней тепловой нагрузке, так что не требуется дополнительного тепла и не требуется градирня. [24]

См. Также [ править ]

  • Древесное топливо

Ссылки [ править ]

  1. ^ Валлиос, я; Цуцос, Т; Пападакис, Г. (2009). «Проект централизованного теплоснабжения на биомассе». Биомасса и биоэнергетика . 33 (4): 659–678.
  2. ^ "Отопление на древесном топливе" . Архивировано из оригинала 16 июля 2011 года.
  3. ^ https://ir.uiowa.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=3101&context=etd
  4. ^ "Дикие земли и леса | Гарвардский лес" . harvardforest.fas.harvard.edu . Дата обращения 15 мая 2019 .
  5. ^ «Заключение Научного комитета ЕАОС по учету парниковых газов в отношении биоэнергетики» .
  6. ^ Malmsheimer, Роберт (октябрь 2016). «Котлы на биомассе, парниковые газы и изменение климата: все, что вы когда-либо хотели знать о выбросах углерода из вашего котла на биомассе, но боялись спросить!» (PDF) .
  7. ^ "Джордж Лопес посещает Театр Фокса" . Мичиганский посланник. 22 февраля 1999 года Архивировано из оригинала 5 февраля 2010 года.
  8. ^ «Загрязнение воздуха в домах углем и топливом из биомассы в Китае: измерения, воздействие на здоровье и меры» . Environ. Перспектива здоровья . 115 (6): 848–55. Июнь 2007 г. doi : 10.1289 / ehp.9479 . PMC 1892127 . PMID 17589590 .  
  9. ^ Состояние мира 2009, В теплеющий мир , Worldwatch Institute , 56–57, ISBN 978-0-393-33418-0 
  10. ^ Наука , 2009 , 323, 495
  11. ^ Сжигание биомассы приводит к азиатскому коричневому облаку , Chemical & Engineering News , 87 , 4, 31
  12. ^ Nussbaumer, Томас (апрель 2008). «Сжигание биомассы в Европе, Обзор технологий и правил» (PDF) .
  13. ^ "Модели объема леса к биомассе и оценки массы живых и мертвых деревьев в лесах США" (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 11 июля 2007 года.
  14. ^ Прасад, Рам. «УСТОЙЧИВОЕ ЛЕСНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ДЛЯ СУХИХ ЛЕСОВ ЮЖНОЙ АЗИИ» . Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций . Проверено 11 августа 2010 года .
  15. ^ «Проблемы с деревьями: свидетельства негативного воздействия крупномасштабных плантаций деревьев, подготовленные для шестой Конференции Сторон Рамочной конвенции об изменении климата» . Друзья Земли Интернэшнл. Архивировано из оригинального 26 июля 2011 года . Проверено 11 августа 2010 года .
  16. ^ Лайхо, Райджа; Санчес, Фелипе; Тиаркс, Аллан; Dougherty, Phillip M .; Треттин, Карл С. «Влияние интенсивного лесного хозяйства на тенденции раннего севооборота в пулах углерода на юго-востоке США» . Министерство сельского хозяйства США . Проверено 11 августа 2010 года .
  17. ^ «ФИНАНСОВАЯ И ИНСТИТУЦИОНАЛЬНАЯ ОСОБЕННОСТЬ УСТОЙЧИВОГО УПРАВЛЕНИЯ ЛЕСАМИ» . Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций . Проверено 11 августа 2010 года .
  18. ^ Мэри С. Бут. «Брифинг по биомассе, октябрь 2009 г.» (PDF) . massenvironmentalenergy.org . Массачусетский экологический энергетический альянс. Архивировано из оригинального (PDF) 17 декабря 2010 года . Проверено 12 декабря 2010 года .
  19. ^ Эдмундс, Джо; Ричард Ричетс; Маршалл Уайз, «Будущие выбросы углерода от ископаемого топлива без политического вмешательства: обзор». В TML Wigley, Дэвид Стивен Шимел, углеродный цикл . Cambridge University Press, 2000, стр. 171–189.
  20. ^ «Прошлый проект: энергия древесной биомассы» . Маномет . Дата обращения 15 мая 2019 .
  21. ^ "Буферные баки и накопители горячей воды - Treco" . www.treco.co.uk . Проверено 18 октября +2016 .
  22. ^ "Буферные танки" .
  23. ^ "Автоматизация: системы контроля горения и управления горелкой" . Sigma Thermal . Проверено 18 октября +2016 .
  24. ^ a b c d "Типы систем обогрева биомассы" .
  25. ^ «Дизайн системы биомассы - избранная экологическая энергия» . Выбранная Eco Energy . Проверено 18 октября +2016 .
  26. ^ "Отличные результаты шведской испытательной лаборатории | Petrojet Trade sro" . Horakypetrojet.cz. Архивировано из оригинального 19 октября 2012 года . Проверено 15 августа 2012 года .
  27. ^ "Окофен конденсационный пеллетный котел" .

Внешние ссылки [ править ]

  • Совет по тепловой энергии биомассы - Информация о биомассе и законодательстве по биомассе в США
  • Инновационная электростанция, работающая на биомассе, основанная на технологии гальки-нагревателя и турбины горячего воздуха.