Біопаливо

Біомаса є одним з найдавнішніх джерел енергії, однак її використання до недавнього часу зводилося до прямого спалювання при відкритому вогні або в печах і топках з відносно низьким ккд. Під біомасою розуміються органічні речовини, які утворюються в рослинах в результаті фотосинтезу і можуть бути використані для отримання енергії, включаючи всі види рослинності, рослинні відходи сільського господарства, деревообробної та інших видів промисловості. У більш широкому розумінні до біомаси відносять також побутові й промислові відходи не завжди рослинного походження, але для яких характерні однакові принципи їх утилізації.

Використання біомаси для отримання енергії на основі сучасних технологій є екологічно значно більш безпечним в порівнянні з енергетичним використанням традиційних органічних ресурсів, таких як вугілля.

Потенціальні ресурси рослинної біомаси, які можуть бути використані в якості джерела енергії, досягають 100 млрд. т у. п. У теперішній час у світовому енергобалансі рослинна біомаса (в основному дрова) не перевищує 1 млрд. т у. п. (біля 12%).

З використанням сучасних технологій частка біомаси в світовому енергобалансі може значно зрости.

Біомаса грає суттєву роль в енергобалансах промислово розвинених країн: у США її частка складає 4%, в Данії – 6%, в Канаді – 7%, в Австрії – 14%, в Швеції – 16% загального споживання первинних енергоресурсів цих країн.

У світі в 2004 р. встановлена потужність електростанцій на біомасі склала 39 млн. кВт.

У плані використання біомасу можна розділити на дві основні групи: первинна біомаса і вторинна. Джерелом первинної біомаси є наземний і водний рослинний світ, вторинної – відходи біомаси, що утворюються після збирання і перероблення первинної біомаси в товарну продукцію, і відходи, обумовлені життєдіяльністю тварин і людей.

Згідно з цим біоенергетика забезпечує отримання енергії шляхом використання біомаси, включаючи:

·               продукти лісу у вигляді відходів лісозаготівель і лісопереробки;

·               сільськогосподарські відходи, які підрозділяються на рослинні відходи сільськогосподарських культур (солома злакових культур, стеблі кукурудзи, соняшника тощо) і тваринні відходи (гній і гнійні стоки тощо);

·               водну рослинну біомасу (водорості, макрофіти тощо);

·               промислові й міські відходи (тверді побутові відходи, відстої міських і промислових стічних вод тощо), утилізація яких дозволяє вирішувати важливі екологічні та соціальні проблеми.

Найбільш ефективними технологіями використання біомаси в біоенергетиці є пряме спалювання; піроліз; газифікація; анаеробна ферментація з утворенням метану; виробництво спиртів і масел для отримання моторного палива.

Технології використання біомаси постійно вдосконалюються, забезпечуючи отримання енергії в придатній для споживача формі й з максимально можливою ефективністю.

У загальному випадку енергія з органічних відходів отримується або фізичними, або хімічними чи мікробіологічними методами.

Фізичним методом енергію отримують шляхом спалювання органічних відходів.

Основою хімічного метода є використання процесів піролізу і газифікації.

Найрозповсюдженішим у світі є мікробіологічний метод безвідходного виробництва – отримання біогазу анаеробним зброджуванням. Дуже цінним продуктом виробництва біогазу є отримання високоякісних органічних добрив.

Пряме спалювання біомаси в атмосфері повітря або кисню – один з найбільш старих методів отримання теплової енергії. Однак існує ряд проблем при його практичному використанні, головною з них є досягнення найбільш повного згоряння палива, в результаті якого утворюються діоксин вуглецю і вода, що не завдає шкоди довкіллю. До технічних пристроїв, які використовуються для прямого спалювання біомаси, відносяться печі, топки, камери згоряння. Біомаса може використовуватися шляхом прямого спалювання в енергетичних установках у факелі, киплячому або ущільненому шарі з подальшим отриманням теплової і електричної енергії. Основна промислова технологія цього напряму – пряме спалювання в котлі й генерація електроенергії в паротурбінній установці.

Піроліз біомаси – хімічне перетворення одних органічних сполук в інші під дією теплоти або так звана суха перегонка без доступу окислювачів (кисню, повітря). Розроблений ряд технологічних процесів піролізу біомаси, експлуатаційні умови кожного з них визначаються природою сировини, методами переробки і заданими продуктами виробництва. Характеристика продуктів піролізу залежить від типу сировини і умов проведення процесу. Основними продуктами піролізу можуть бути вуглиста речовина, паливна рідина, паливні гази, причому часто технологічний процес орієнтований на переважне отримання одного з продуктів піролізу.

Газифікація біомаси – це перетворення твердих відходів біомаси в горючі гази шляхом неповного їх окислення повітрям (киснем, водяною парою) при високій температурі. Газифікувати можна практично будьяке паливо, в результаті чого отримують генераторні гази, які мають значний діапазон використання – як паливо для отримання теплової енергії в побуті та різних процесах промисловості, в двигунах внутрішнього згоряння, як сировина для отримання водню, аміаку, метилового спирту і синтетичного рідкого палива. Не дивлячись на значні різновиди способів газифікації, всі вони характеризуються одними і тими ж реакціями.

Газифікатори мають різну продуктивність з різним виходом енергії в паливному газі. Низькокалорійний газ може бути отриманий газифікацією різних видів біомаси – органічних компонентів твердих міських відходів, відходів лісу, сільськогосподарських відходів.

Ефективним є використання установок газифікації біомаси на газотурбінних і парогазових електростанціях.

Анаеробна ферментація біомаси. У процесі анаеробної ферментації складні органічні речовини розкладаються на СО₂ і СН₄ з утворенням біогазу у вигляді суміші вуглекислого газу і метану, причому на частку метану може припадати до 70%. Технологічний процес анаеробного зброджування біомаси відбувається без надходження кисню в спеціальних реакторах-метантенках, конструкція яких забезпечує максимальне виділення метану. Особливо важливим в процесі анаеробного зброджування є створення оптимальних технологічних умов в реакторіметантенку: температури, надходження кисню, достатньої концентрації живильних речовин, допустимого значення рН, відсутності або низької концентрації токсичних речовин.

Найбільш ефективними вважаються біореактори, що працюють в термофільному режимі 43–62°С. На таких установках з триденною ферментацією гною вихід біогазу складає 4,5 л на кожний літр корисного об’єму реактора.

Сучасні біогазові анаеробні установки складаються з таких основних систем:

• системи підготовки і подачі сировини в біореактор;

• біореактора (метантенка) із системою підтримання постійної температури та іншими комплектуючими пристроями;

• системи зберігання і використання біогазу;

• системи вивантаження і транспортування шламу.

Використання біогазу забезпечує можливість отримання теплової і електричної енергії, що є особливо привабливим для фермерських господарств. При масовому розповсюдженню біогазових технологій в сільських регіонах можна досягнути значної економії органічного палива.

Становить інтерес вирощування і використання в метантенках водяної рослинної біомаси для отримання біогазу. Однією з найбільш продуктивних водоростей є бура водорость макроцистис, розповсюджена в прибережній зоні морів і океанів, врожайність якої складає 450–1200 т сирої маси є 1 га. З кожної тонни широко відомої хлорели можна отримати 22 кДж енергії. Високою врожайністю характеризуються морські водорості дуналіела, водяний гіацинт, червона водорость тощо.

Існує гібридна енергосистема «Біосоляр» – ТЕЦ, яка є замкненою для всіх біогенних елементів, окрім вуглецю, що спалюється.

Система «Біосоляр» являє собою комплекс з культивації мікроводоростей, з яких виділяються харчові й кормові добавки, а інше є одним з елементів наповнення метантенків. Для культивації мікроводоростей необхідний СО₂, який подається до них після очищення в результаті спалювання біогазу в котлах ТЕЦ.

Для отримання біогазу використовуються також відходи тваринництва і рослинності. У схемі передбачене додаткове джерело у вигляді природного газу, який використовується в разі необхідності в зимовий період при відсутності рослинної біомаси.

Вирощування  та використання сировини насіння рапсу, кукрудзи, сої приводить на світову арену нове пальне – біодизель, яке є безпечним для навколишнього середовища.

У п'ятірку найбільших виробників рапсу входять Європейський союз, Китай, Канад , Індія і Україна. Ріпак - важлива олійна рослина, значення якої для людини сильно зросло до кінця XX століття, коли він почав використовуватися для отримання біопалива.

Застосовуючи правильні технології, можна отримувати до семи з половиною мільйонів тонн насіння ріпаку - з них можна виробити до трьох мільйонівнасіння ріпакутонн палива - саме стільки необхідно, щоб забезпечити річні потреби вітчизняного агропрому без будь-якої економії. З 1 тонни насіння ріпаку отримують понад 250 кг масла і 550 кг шроту, що містить близько 40% білка, що має велике кормове значення.

Іншим джерелом біомаси є звалища сміття. Потенціальні можливості отримання біогазу зі звалищ можуть складати 1,6 млн. т у. п. Сировиною, з якої можна отримати біогаз, можуть бути практично всі відходи, до складу яких входять органічні компоненти

  Вітроелектростанції існують у всьому світі. Вони ідеально підходять для потреб країн, що розвиваються, з їхніми потребами у швидкому введенні в експлуатацію нових потужностей. Вони можуть бути введені в дію і підключені до енергомережі за більш короткий термін, і з меншими витратами, в порівнянні з введенням великих електростанцій, котрим необхідна складна інфраструктура з виробництва та передачі електроенергії. Тому, країни, що розвиваються, мають великий інтерес до вітроенергетичного ринку.

  Зазвичай найбільший вітровий потенціал спостерігається на морських узбережжях, на пагорбах та в горах. Тим не менш, існує ще багато інших територій з потенціалом вітру, достатнім для його використання у вітроенергетиці. Як джерело енергії, вітер є менш передбачуваним на відміну від, наприклад, Сонця, однак у певні періоди наявність вітру спостерігається протягом цілого дня. На вітрові ресурси впливає рельєф Землі та наявність перешкод, розташованих на висоті до 100 метрів. Тому вітер більшою мірою залежить від місцевих умов, ніж енергія Сонця. У гірській місцевості, наприклад, дві ділянки можуть володіти однаковим сонячним потенціалом, але цілком можливо, що їх вітровий потенціал буде різний, в першу чергу через відмінності в рельєфі та напрямках вітрових потоків. У зв’язку з цим планування місця під ВЕУ має проводитись більш ретельно, ніж при інсталяції сонячної системи.

  Енергія вітру, також, підпорядкована сезонним змінам погоди: більш ефективна робота вітряка – взимку, і менш ефективна – у літні спекотні місяці. Наприклад, у кліматичних умовах Данії фотоелектрична система ефективна на 18% у січні і на 100% у липні. Ефективність роботи вітростанції: у липні 55%, а у січні – 100%. Оптимальним варіантом є комбінування в одній системі невеликого вітрогенератора і сонячними модулями. Подібні комбіновані системи забезпечують більш високу продуктивність електроенергії, у порівнянні з окремо встановленими вітровими або фотоелектричними установками.

 Важливо, також, пам’ятати, що кількість енергії, виробленої за рахунок вітру, залежить від щільності повітря, від площі, охопленої лопатями вітротурбіни, і швидкості вітру. Через те, що взимку повітря більш щільне, вітряна установка буде виробляти взимку більше енергії, ніж влітку, за однакової швидкості вітру. На території, розташованої високо над рівнем моря, наприклад, в горах, атмосферний тиск менше і, відповідно, менше густина повітря, але це цілком компенсується підвищеною швидкістю вітру. 

http://solarkim.com.ua/category/wind-energy 

 

1. Фундамент,
2. Силова шафа, що включає силові контактори й ланцюги керування,
3. Вежа,
4. Сходи,
5. Поворотний механізм,
6. Гондола,
7. Електричний генератор,
8. Система спостереження за напрямком і швидкістю вітру (анемометр),
9. Гальмівна система,
10. Трансмісія,
11. Лопаті,
12. Система зміни кута атаки,
13. Ковпак ротора,

• Система пожежогасіння,
• Телекомунікаційна система для передачі даних про роботу вітрогенератора,
• Система захисту від блискавки.

http://uk.wikipedia.org/wiki/Вітрогенератор

Основні типи вітрогенераторів

Енергія вітру

  За підрахунками вчених, загальний вітроенергетичний потенціал Землі в ЗО разів перевищує річне споживання електроенергії в усьому світі. Однак, використовується лише мізерна частка цієї енергії. Але так було не завжди. За даними статистики, в дореволюційній Росії налічувалось близько ЗО тис. вітряків. Ця нехитра установка була також атрибутом майже кожного другого села в Україні. Проте парова машина, а потім двигун внутрішнього згоряння витіснили цих скромних трудівників.
  Можливості використання цього виду енергії в різних місцях Землі неоднакові. Для нормальної роботи вітрових двигунів швидкість вітру не повинна в середньому за рік падати нижче 4-5 м/с, а краще, коли вона становить 6-8 м/с. Для цих установок шкідливі і надто великі швидкості вітру (урагани), які можуть їх поламати. Найбільш сприятливі зони для використання вітрової енергії - узбережжя морів і океанів, степи, тундра, гори. В межах України такими ділянками є узбережжя Чорного моря, особливо Крим, а також Карпати, південні степові райони.
  Піонером будівництва вітрових електростанцій (ВЕС) у нашій країні до війни був видатний український вчений та інженер, один з основоположників космонавтики Ю.Кондратюк. Побудована ним у 1931 р. поблизу Севастополя ВЕС потужністю 100 кВт, забезпечувала струмом міську мережу понад десять років. Ю.Кондратюк проектував більш потужні ВЕС на 5 і 10 тис. кВт, та розпочалась війна, Кондратюк пішов добровольцем на фронт і загинув у 1941 p., а проекти його ВЕС було покладено "під сукно".
  Нині на Заході, особливо в Данії та США, серійно випускаються невеликі ВЕС потужністю від 1,5 до 100 кВт. Побудовано кілька експериментальних ВЕС потужністю до 30 тис. кВт. Втілюється інша технічна ідея Ю.Кондратюка, який запропонував свого часу будувати ВЕС разом з установками по виробництву водню шляхом електролізу води. Тоді, коли потреба в електроенергії нижча, "зайва" потужність ВЕС спрямовується на виробництво надзвичайно цінного енергетичного продукту - водню. Водень може використовуватися як пальне для автомобілів, а також замість природного газу у багатьох інших установках, причому внаслідок його згоряння не утворюються шкідливі речовини, а лише водяна пара.
  Особливо актуальним використання енергії є для Криму. Нині за даними Крименерго, півострів споживає 1 млн. 340 тис. кВт, причому майже вся ця енергія надходить із-за меж Криму. Деяку частину її дають дизельні станції, що забруднюють повітря курортної зони. А тим часом на одній Арабатській стрілці, що на Сиваші, можна встановити ЗО тис. ВЕС і одержати 3 млн. кВт екологічно чистої електроенергії. А якщо побудувати ВЕС на кримських яйлах від Керчі до Севастополя, то Крим може стати навіть експортером електроенергії.
  Під час роботи ВЕС навколишнє середовище не зазнає жодних забруднень. Єдині негативні впливи - це низькочастотний шум (гудіння) працюючих вітряків та ще гибель птахів, що потрапляють у лопасті двигунів.

http://pidruchniki.ws/13820328/ekologiya/alternativni_dzherela_energiyi