Пеллеты (или пеллеты ) — это биотопливо , изготовленное из спрессованного органического вещества или биомассы. [1] Пеллеты могут быть изготовлены из любой из пяти основных категорий биомассы: промышленных отходов и побочных продуктов, пищевых отходов , сельскохозяйственных отходов , энергетических культур и первичных пиломатериалов . [2] Древесные пеллеты являются наиболее распространенным видом пеллетного топлива и, как правило, изготавливаются из прессованных опилок [3] и связанных с ними промышленных отходов от фрезерования пиломатериалов, производства изделий из дерева и мебели , а такжестроительство . [4] Другие источники промышленных отходов включают пустые гроздья фруктов, скорлупу пальмовых косточек , скорлупу кокосовых орехов, а также верхушки и ветви деревьев, выброшенные во время лесозаготовительных работ. [5] [6] Так называемые «черные гранулы» изготавливаются из биомассы , очищенной до состояния каменного угля , и были разработаны для использования на существующих угольных электростанциях . [7] Пеллеты классифицируются по теплотворной способности , содержанию влаги и золы , а также по размерам. Они могут использоваться в качестве топлива для производства электроэнергии, коммерческого или жилого отопления, а такжеготовка . [8] Пеллеты чрезвычайно плотные и могут производиться с низким содержанием влаги (ниже 10%), что позволяет сжигать их с очень высокой эффективностью сгорания . [9]
Кроме того, их правильная геометрия и небольшой размер позволяют осуществлять автоматическую подачу с очень точной калибровкой. Их можно подавать в горелку шнековой подачей или пневмотранспортом . Их высокая плотность также обеспечивает компактное хранение и транспортировку на большие расстояния. Их можно удобно перебросить из цистерны в бункер для хранения или силос на территории заказчика. [10]
С середины 1980-х годов разрабатывается и продается широкий спектр пеллетных печей , печей центрального отопления и других отопительных приборов. [11] В 1997 году в Австрии стали доступны полностью автоматические котлы на древесных гранулах с таким же уровнем комфорта, что и котлы на жидком и газовом топливе . [12] С ростом цен на ископаемое топливо с 2005 года спрос на пеллетное отопление увеличился в Европе и Северной Америке , и появляется значительная отрасль. Согласно задаче 40 Международного энергетического агентства , производство древесных гранул увеличилось более чем вдвое в период с 2006 по 2010 год и составило более 14 миллионов тонн. [13] В отчете за 2012 год Центр энергетических ресурсов биомассы сообщает, что он ожидает, что производство древесных гранул в Северной Америке снова удвоится в следующие пять лет. [14]
Топливо для отопления |
|
Пеллеты производятся путем прессования древесного материала, предварительно прошедшего через молотковую мельницу , для получения однородной тестообразной массы. [15] Эта масса подается в пресс, где она выдавливается через матрицу с отверстиями необходимого размера (обычно диаметром 6 мм, иногда 8 мм и более). Высокое давление пресса вызывает сильное повышение температуры древесины, а лигнин слегка пластифицируется, образуя естественный «клей», который скрепляет пеллету при ее охлаждении. [9]
Пеллеты могут быть изготовлены из травы и других недревесных форм биомассы, не содержащих лигнин. В новостях 2005 года , опубликованных в Новостях Корнельского университета , говорилось, что производство гранул из травы в Европе было более развито, чем в Северной Америке. В нем говорилось, что преимущества травы в качестве сырья включают ее короткое время роста (70 дней), а также простоту выращивания и обработки. В статье цитируется Джерри Черни, профессор сельского хозяйства в школе, заявивший, что травы производят 96% тепла древесины и что «можно использовать любую смесь трав, срезанную в середине или конце лета и оставленную в поле для выщелачивания». минералы, затем прессуются и гранулируются. Для гранулирования сена не требуется сушка, что делает стоимость обработки меньше, чем при гранулировании древесины ». [16]В 2012 году Министерство сельского хозяйства Новой Шотландии объявило в качестве демонстрационного проекта перевод котла , работающего на жидком топливе , на гранулы из травы в исследовательском центре. [17]
Топливные гранулы из рисовой шелухи производятся путем прессования рисовой шелухи, полученной как побочный продукт выращивания риса на полях. Он также имеет характеристики, аналогичные древесным гранулам, и более безопасен для окружающей среды , так как сырье является отходами . Энергетическая ценность составляет около 4-4,2 ккал/кг, а содержание влаги обычно менее 10%. Размер гранул обычно составляет около 6 мм в диаметре и 25 мм в длину в форме цилиндра; хотя более крупные формы цилиндров или брикетов не редкость. Это намного дешевле, чем аналогичные энергетические гранулы, и их можно спрессовать/изготовить из шелухи на самой ферме с использованием дешевого оборудования. Как правило, они более экологичны по сравнению с древесными гранулами. [18] [19][20] [21] [22] [23] [24] В регионах мира, где пшеница является преобладающей продовольственной культурой, пшеничная шелуха также может быть уплотнена для производства энергетических гранул с характеристиками, аналогичными гранулам из рисовой шелухи. .
В отчете CORRIM (Консорциум по исследованиям возобновляемых промышленных материалов) для инвентаризации жизненного цикла производства и использования древесных пеллет оценивается, что энергия, необходимая для сушки, гранулирования и транспортировки пеллет, составляет менее 11% от содержания энергии в пеллетах при использовании. предварительно высушенные промышленные древесные отходы. Если пеллеты изготавливаются непосредственно из древесного материала, то на сушку древесины уходит до 18% энергии и еще 8% на транспортировку и производство энергии. Оценка воздействия экспортируемых древесных гранул на окружающую среду, проведенная Департаментом химической и горнодобывающей промышленности Болонского университета , Италия , и Исследовательским центром чистой энергии Университета Британской Колумбии., опубликованный в 2009 году, пришел к выводу, что энергия, потребляемая для перевозки канадских древесных гранул из Ванкувера в Стокгольм (15 500 км через Панамский канал ), составляет около 14% от общего содержания энергии в древесных гранулах. [25] [26]
Пеллеты, соответствующие общепринятым в Европе нормам (DIN 51731 или Ö-Norm M-7135), содержат менее 10% воды, имеют однородную плотность (более 1 тонны на кубический метр, поэтому тонут в воде) (насыпная плотность около 0,6-0,7 тонны на кубический метр), обладают хорошей конструкционной прочностью, низким содержанием пыли и золы. [8] Поскольку древесные волокна измельчаются молотковой дробилкой, практически нет разницы в готовых пеллетах между различными типами древесины. [ цитировать ] Пеллеты могут быть изготовлены практически из любого сорта древесины, при условии, что пресс-гранулятор оснащен хорошим оборудованием, различия в подаваемом материале могут быть компенсированы в регулировке пресса. [ нужна цитата] В Европе основные производственные площади расположены на юге Скандинавии , в Финляндии , Центральной Европе , Австрии и странах Балтии . [27] [28]
Пеллеты, соответствующие нормам европейских стандартов, которые содержат переработанную древесину или внешние загрязняющие вещества, считаются гранулами класса B. [8] Переработанные материалы , такие как древесно-стружечные плиты, обработанная или окрашенная древесина, панели с покрытием из меламиновой смолы и т.п., особенно непригодны для использования в пеллетах, поскольку они могут вызывать вредные выбросы и неконтролируемые изменения характеристик горения пеллет. [ нужна ссылка ]
В США используются другие стандарты, разработанные Институтом пеллетного топлива и, как и в Европе, не обязательные. [ Править ] Тем не менее, многие производители соблюдают требования, поскольку гарантии на оборудование для сжигания, произведенное в США или импортированное, могут не распространяться на повреждения, вызванные пеллетами, не соответствующими правилам. [ править ] Цены на пеллеты в США выросли во время инфляции цен на ископаемое топливо в 2007–2008 годах, но позже заметно упали и, как правило, ниже по цене на количество энергии, чем большинство ископаемых видов топлива, за исключением угля .
Регулирующие органы в Европе и Северной Америке ужесточают стандарты выбросов для всех видов древесного тепла, включая древесные пеллеты и печи на пеллетах. Эти стандарты станут обязательными, а их соответствие будет подтверждено независимыми сертификационными испытаниями. [29] [30] В Соединенных Штатах новые правила, введенные в действие в 2009 году, завершили процесс нормативной проверки EPA , [31] окончательные новые правила были опубликованы для комментариев 24 июня 2014 года. [32] [33] [34] Американский комитет по стандартизации пиломатериалов будет независимым агентством по сертификации новых стандартов на пеллеты. [35]
Древесные гранулы могут выделять большое количество ядовитого угарного газа во время хранения. Несчастные случаи со смертельным исходом имели место в частных кладовых [36] и на борту морских судов. [37] [38]
При обращении с древесными гранулами выделяется мелкая пыль, которая может вызвать серьезные взрывы пыли . [39]
Древесные гранулы обычно хранятся навалом в больших силосах. Гранулы могут самонагреться, воспламениться и вызвать глубокое тлеющее пламя, которое очень трудно потушить. Тлеющий огонь выделяет токсичные (CO) и легковоспламеняющиеся газы пиролиза , которые могут привести к взрыву бункера. [40]
Существует три основных типа отопительных приборов на пеллетах: отдельно стоящие пеллетные печи, пеллетные печи-вставки и пеллетные котлы .
Пеллетные печи работают как современные печи , в которых топливо, древесина или другие гранулы биомассы хранятся в бункере для хранения, называемом бункером. Бункер может быть расположен сверху прибора, сбоку от него или удаленно. Механический шнек автоматически подает пеллеты в горелку. Оттуда они горят при высоких температурах с минимальными выбросами. Теплообменные трубки направляют нагретый огнем воздух в помещение. Конвекционные вентиляторы циркулируют воздух через теплообменные трубки в помещение. Пеллетные печи имеют внутри печатные платы, которые действуют как термостат и регулируют температуру. [41]
Вставка пеллетной печи представляет собой печь, которая вставляется в существующий каменный или сборный дровяной камин , подобно каминной вставке .
Пеллетные котлы представляют собой автономные системы центрального отопления и горячего водоснабжения, предназначенные для замены традиционных систем, работающих на ископаемом топливе, в жилых, коммерческих и институциональных помещениях. Автоматические или автоматические котлы на пеллетах включают бункеры для хранения пеллет, систему подачи топлива, которая перемещает топливо из бункера в бункер, логический контроллер для регулирования температуры в нескольких зонах нагрева и автоматизированную систему удаления золы для долгосрочного автоматизированного операции. [42]
Корзины для пеллет позволяют человеку отапливать свой дом, используя пеллеты в существующих печах или каминах. [43]
Энергоемкость древесных пеллет составляет примерно 4,7–5,2 МВтч / т [ 44] [45] (~7450 БТЕ/фунт), 14,4–20,3 МДж/кг. [46]
В последние годы были разработаны высокоэффективные печи и котлы на древесных гранулах, обычно обеспечивающие эффективность сгорания более 85%. [47] Новое поколение котлов на древесных гранулах может работать в конденсационном режиме и, следовательно, достигать значений эффективности на 12% выше. [48] Котлы на древесных гранулах имеют ограниченный контроль над скоростью и наличием горения по сравнению с жидкостными или газовыми системами; однако по этой причине они лучше подходят для водяных систем отопления из-за большей способности водяной системы накапливать тепло. [ Править ] Также доступны пеллетные горелки, которые можно переоборудовать в котлы, работающие на жидком топливе. [10]
Выбросы NO x , SO x и летучих органических соединений из оборудования для сжигания пеллет в целом очень низки по сравнению с другими формами сжигания топлива. [49] Общепризнанной проблемой является выброс мелких твердых частиц в воздух, особенно в городских районах с высокой концентрацией систем отопления на пеллетах или угольных или масляных системах отопления в непосредственной близости. Эти выбросы PM 2,5 от старых пеллетных печей и котлов могут быть проблематичными в тесноте, особенно по сравнению с природным газом (или возобновляемым биогазом ), хотя и на больших установках.электростатические осадители , циклонные сепараторы или рукавные фильтры для частиц могут контролировать выбросы твердых частиц при правильном обслуживании и эксплуатации. [50]
Существует неопределенность, в какой степени производство тепла или электроэнергии путем сжигания древесных пеллет способствует глобальному изменению климата , а также насколько воздействие на климат сравнивается с воздействием использования конкурирующих источников тепла. [9] [51] [52] [53] Факторы неопределенности включают источник древесины, выбросы двуокиси углерода при производстве и транспортировке, а также при окончательном сжигании, а также временные рамки, подходящие для рассмотрения. [9] [51] [54]
В отчете [9] Центра природоохранных наук Маномет «Исследование устойчивости биомассы и углеродной политики», выпущенном в июне 2010 г. для Департамента энергетических ресурсов штата Массачусетс, сделан вывод о том, что сжигание биомассы, такой как древесные гранулы или щепа, приводит к выбросу большого количества CO2. в воздух, создавая «углеродный долг», который не списывается в течение 20–25 лет и после которого появляется чистая выгода. [9] В июне 2011 года ведомство готовилось подать свой окончательный регламент, ожидая значительного ужесточения контроля за использованием биомассы для производства энергии, включая древесные гранулы. [55] Сторонники энергии биомассы оспорили выводы отчета Manomet, [56] [57]и ученые указали на упущения в отчете, предполагая, что воздействие на климат хуже, чем сообщается. [51] [58]
До ок. 2008 г., даже в научных статьях, обычно предполагалось, что энергия биомассы (в том числе из древесных гранул) является углеродно-нейтральной, в основном потому, что считалось, что отрастание растительности улавливает и сохраняет углерод, который выбрасывается в воздух. [59] Затем начали появляться научные статьи, изучающие влияние биомассы на климат, которые опровергали упрощенное предположение о ее углеродной нейтральности . [54] [60] По данным Центра энергетических ресурсов биомассы, предположение об углеродной нейтральности «сместилось к признанию того, что углеродные последствия биомассы зависят от того, как добывается топливо, из каких типов леса, какие виды управления лесамиприменяются, и как биомасса используется с течением времени и в ландшафте» [50] .
В 2011 году двенадцать известных экологических организаций США, в том числе Гринпис США и Южный центр экологического права , приняли политику, устанавливающую высокую планку государственных стимулов для использования энергии биомассы, включая древесные гранулы. В нем, в частности, говорится, что «[b] источники и объекты биомассы, отвечающие требованиям (государственных) стимулов, должны привести к более низкому жизненному циклу, совокупным и чистым выбросам парниковых газов и закислению океана в течение 20 лет, а также в более долгосрочной перспективе, чем энергетические источники, которые они заменяют или с которыми конкурируют». [61]
11 февраля 2021 года пятьсот ученых и экономистов написали письмо мировым лидерам об использовании лесов для получения биоэнергии. Он предупреждает, что «сжигание древесины увеличит потепление от десятилетий до столетий. Это верно, даже когда древесина заменяет уголь, нефть или природный газ». В письме содержится призыв прекратить субсидирование сжигания древесины и положить конец трактовке сжигания биомассы как углеродно-нейтрального в стандартах возобновляемых источников энергии и системах торговли квотами на выбросы. [62]
Лесопромышленная промышленность обеспокоена тем, что в случае широкомасштабного использования энергии древесины существенно сократится поставка сырья для строительства и производства ( пиломатериалы ). [9] [63]
Из-за быстрого роста популярности с 2005 года доступность и стоимость пеллет могут стать проблемой. [64] Это важное соображение при покупке пеллетной печи, топки, корзины для пеллет или других устройств, известных в отрасли как горелки Брэдли. [65] Тем не менее, текущее производство гранул растет, и в 2008–2009 годах в США планируется запустить несколько новых грануляторов. [66]
На стоимость пеллет может влиять строительный цикл, что приводит к колебаниям поставок опилок и обрезков. [67]
Согласно выпуску Управления энергетики и планирования Нью-Гэмпшира о ценах на топливо, обновленному 5 октября 2015 г., стоимость поставленного мазута № 2 можно сравнить со стоимостью древесных топливных пеллет, доставляемых оптом, с использованием их эквивалента БТЕ: 1 тонна пеллет = 118,97 галлона . мазута №2. Это предполагает, что одна тонна гранул производит 16 500 000 БТЕ, а один галлон мазута № 2 производит 138 690 БТЕ. Таким образом, если доставка мазута № 2 стоит 1,90 долл. США за галлон, цена безубыточности для пеллет составляет 238,00 долл. США за тонну поставки.
Использование пеллет в ЕС (тонн) [68] | ||||
---|---|---|---|---|
Страна | 2013 | |||
Соединенное Королевство | 4 540 000 | |||
Италия | 3 300 000 | |||
Дания | 2 500 000 | |||
Нидерланды | 2 000 000 | |||
Швеция | 1 650 000 | |||
Германия | 1 600 000 | |||
Бельгия | 1 320 000 |
Использование в Европе варьируется в зависимости от правительственных постановлений. В Нидерландах , Бельгии и Великобритании пеллеты используются в основном на крупных электростанциях. Начиная с 2012 года крупнейшая электростанция Великобритании, электростанция Drax , переоборудовала некоторые из своих агрегатов на пеллетные горелки; к 2015 году Drax сделал Великобританию крупнейшим получателем экспорта древесных гранул из США. [69] В Дании и Швеции пеллеты используются на крупных электростанциях, средних системах централизованного теплоснабжения и небольших жилых домах. В Германии , Австрии , Италии и Франции, пеллеты используются в основном для мелкого бытового и промышленного отопления. [68]
Великобритания инициировала схему грантов под названием Renewable Heat Incentive (RHI), которая позволяет небытовым и бытовым котлам на древесных гранулах получать платежи в течение периода от 7 до 20 лет. Это первая подобная схема в мире, направленная на увеличение количества возобновляемой энергии, вырабатываемой в Великобритании, в соответствии с обязательствами ЕС . Шотландия и Северная Ирландия имеют отдельные, но похожие схемы. С весны 2015 года любые владельцы биомассы, будь то домашние или коммерческие, должны покупать топливо у поставщиков, утвержденных BSL (Список поставщиков биомассы), чтобы получать платежи RHI. [70] Скандал со стимулированием использования возобновляемых источников тепла . также известный как «скандал с деньгами за золу», был политическим скандалом в Северной Ирландии, в центре которого была неудачная схема стимулирования возобновляемых источников энергии (сжигание древесных гранул).
Пеллеты широко используются в Швеции, основном производителе пеллет в Европе [27] , главным образом в качестве альтернативы центральному отоплению, работающему на жидком топливе. В Австрии, ведущем рынке печей центрального отопления на пеллетах (относительно населения), по оценкам, 2/3 всех новых бытовых отопительных печей являются горелками на пеллетах. В Италии сформировался большой рынок пеллетных печей с автоматической подачей топлива. В Италии пеллеты в основном используются в небольших частных жилых и промышленных котлах для отопления. [71]
В 2014 году в Германии общее потребление древесных пеллет в год составило 2,2 млн тонн. Эти пеллеты потребляются преимущественно бытовым малотоннажным отопительным сектором. Установки совместного сжигания, которые используют пеллетный сектор для производства энергии, не получили широкого распространения в стране. Наибольшее количество древесных пеллет сертифицировано DINplus, и это пеллеты самого высокого качества. Как правило, на экспорт идут пеллеты более низкого качества. [72]
В 2019 году Индия начала совместное сжигание пеллет из биомассы на угольных электростанциях вокруг своей столицы Дели , чтобы уменьшить загрязнение воздуха, вызванное сжиганием стерни / биомассы на открытых полях для очистки полей для посева следующего урожая. [73] Планируется использовать пеллеты из биомассы для производства электроэнергии по всей стране, чтобы использовать почти 145 миллионов тонн сельскохозяйственных отходов для замены эквивалентного количества импортного угля в производстве электроэнергии. [74]
Общий объем продаж древесных гранул в Новой Зеландии в 2013 году составил 3–500 000 тонн. Недавнее строительство новых заводов по производству древесных гранул привело к значительному увеличению производственных мощностей. [75] Завод по переработке древесных гранул Nature's Flame в Таупо должен в конце 2019 года удвоить свою годовую производственную мощность до 85 000 тонн. [76] Azwood Energy [77] управляет заводом по переработке древесных гранул в Нельсоне, который ежегодно использует более 1,2 миллиона кубических метров отходов лесозаготовки [78] для производства углеродно-нейтрального топлива для бытового использования, больниц, школ и промышленных процессов, включая молоко. -обработка. [79]
Некоторые компании импортируют котлы европейского производства. По состоянию на 2009 [Обновить]год около 800 000 американцев использовали древесные гранулы для отопления. [49] Было подсчитано, что 2,33 миллиона тонн древесных гранул будут использоваться для отопления в США в 2013 году. [80] Экспорт древесных гранул из США в Европу вырос с 1,24 миллиона тонн в 2006 году до 7 миллионов тонн в 2012 году, но леса вырос еще больше. [81]
Когда к древесным гранулам добавляют небольшое количество воды, они расширяются и превращаются в опилки. Это делает их пригодными для использования в качестве подстилки для лошадей . Простота хранения и транспортировки является дополнительным преимуществом по сравнению с традиционными постельными принадлежностями. Однако некоторые виды древесины, в том числе грецкий орех, могут быть токсичными для лошадей, и их никогда не следует использовать для подстилки. [82]
В Таиланде для подстилки животных производятся гранулы из рисовой шелухи. Они имеют высокую скорость поглощения, что делает их идеальными для этой цели. [83]
Гранулы биомассы, изготовленные из съедобного материала, также можно использовать в качестве корма для скота, импортируя их из отдаленных мест с избытком кормов для преодоления нехватки кормов. [84] [85]
Древесные гранулы также используются для поглощения загрязненной воды при бурении нефтяных или газовых скважин. [86]
Грили на древесных гранулах завоевали популярность как универсальный способ приготовления на гриле, запекания и копчения. Размер гранул делает их полезными для создания дровяного гриля, который по-прежнему точно контролирует свою температуру. [87]
Минимальное стандартное значение PFI составляет 8000 БТЕ/фунт => 5,2 МВтч/т.
2012 Конференция VT по отоплению на древесной щепе и пеллетах
Из-за возможных тяжелых последствий отравления подстилка для лошадей никогда не должна содержать древесину черного ореха.