Биоэнергетические ресурсы

МИНИСТЕРСТВО  СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ «ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет биотехнологии и ветеринарной медицины

Кафедра технологии мяса и мясных продуктов  
 
 
 

РЕФЕРАТ

на тему:”Биоэнергетические установки” 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Орел  2011

     1 Биоэнергетические установки

     Разложение  органического вещества - непрерывный  процесс в природе. Им заканчивается  цикл существования биологических  существ. В процессе разложения сложные  органические соединения расщепляются на элементарные, доступные к применению в дальнейшем процессе обмена вещества. В ходе упомянутого расщепления  выделяется газ метан, являющийся одним  из газов, создающих глобальный парниковый эффект. В управляемом процессе расщепления  органических веществ можно контролировать процесс образования биологических  газов и использовать их на энергетические нужды.

     Получение биогазов из органических отходов и  биомассы популярно во всем мире. В  настоящее время в Германии работают свыше 2000 биоэнергетических станций (установок). Исследуются и внедряются новые технологии по получению и  использованию биогазов. В настоящее  время в четырех городах Швеции биогазы, полученные из канализационных  стоков используются как топливо  для двигателей городских автобусов.  
В современных биоэнергетических установках переработанные органические отходы от сельскохозяйственного и промышленного производства и бытовых стоков в дальнейшем их использований меньше загрязняют воздух, воду и плодородную почву. В процессе переработки в органических отходах уничтожаются вредные вирусы и бактерии, снижается количество выделяемых запахов, и одновременно используются местные энергетические ресурсы. Предприятия сельского хозяйства и пищевой промышленности вынуждены применять технологии утилизаций отходов, выполняя все более строгие требования охраны окружающей среды. 
Образования биогаза - сложный процесс, в прохождений которого органические вещества подвергаются воздействию разных видов бактерий. В ходе процесса сложные органические соединения расщепляются на элементарные, которые метаногенными бактериями превращаются в биогаз смесь метана, диоксид углерода и др.

     Для производства биогаза используются жидкие, быстро разлагающиеся органические вещества. В балансе сырья наибольшую часть составляет навоз животных (скота, свиней, птиц). В странах Европейского союза она составляет 89 % биомассы, перерабатываемой в биоэнергетических установках. Это обусловлено высокой концентрацией животноводства и отходов животноводства и популярностью технологий удаления сборки и складирования жидкого навоза. 
В последнее время все шире применяются анаэробные процессы переработки ила, органических отходов, городских стоков канализаций и отходов пищевой промышленности (бойни, кожевенной промышленности, в производстве пищевых жиров растительного происхождения, в рыбной промышленности).

     В ЕС стремятся запретить в будущем  утилизацию бытовых отходов на свалках. Сырье для производства биогаза  оценивается по выходу биогаза (м3) от единицы органической массы (ОМ) и  единицы биомассы (БМ). В таблице приведен потенциальный выход биогаза из некоторой биомассы (сырья производства биогаза).

Выход биогаза  из органических отходов 

     Биореактор  является главным производственным узлом биоэнергетической установки (БЭУ), в котором постоянно или  периодически протекают процессы гидролизации биомассы, процессы ферментации и  производства метана. Биореактор должен быть герметичным, так как анаэробные бактерии чувствительны к кислороду. Кроме того, в его объеме собираются биогазы, которые в последующем  хранятся в резервуарах и используются для производства энергии. Для изготовления корпуса реактора используются специально обработанная нержавеющая сталь. 
В настоящее время в Европе распространены цилиндрические реакторы. Цилиндрическая форма удобна в эксплуатации. Для подогрева перерабатываемого субстрата в реакторе или вне его оборудуется теплообменник. Процесс выработки биогаза в реакторах этого типа протекает в мезофиловой или термофиловой среде.

     Основными компонентами биогаза, полученного  в анаэробных биореакторах, являются метан (СН4) и двуокись углерода (СО2). Состав биогаза зависит от параметров процесса, состава и сорта биомассы. 
Энергоемкость биогаза напрямую зависит от концентраций метана. При наличии метана свыше 60 % биогаз считается ценным топливом. Метан - бесцветный, нетоксичный газ, легче воздуха, не имеющий запаха. Во время сжигания метана образуются диоксид углерода и водяной пар. 
 
 

     2  Сравнение биогаза с природным газом 

     Биогаз  может быть использован для приготовления  пищи, сжигания в водогрейных котлах, двигателях внутреннего сгорания, накапливается  в емкостях высокого давления или  поставляется в сети природного газа

     .

     Устройство  биоэнергетической установки и  ее технологическая схема зависят  от разных факторов: состава и сорта  биомассы, способа ее доставки, величины и типа биореакторов, параметров процесса газообразования, дальнейшего использования переработанного субстрата, количества и состава выработанного биогаза, типа и состава оборудования энергетической конверсий, потребителей выработанной энергии. Классической БЭУ оборудуется; устройства сборки, подготовки и транспортировки биомассы, биореактора, хранилища выработанного биогаза, устройства для очистки и сжигания биогаза, резервуары переработанной биомассы, сепараторы, процессоры управления технологией производства, накопители данных, сети и устройства распределения тепловой и электрической энергии.  
Переработанную биомассу можно использовать для удобрения почвы, изготовления концентрированных удобрений или компоста. В последнем случае субстрат сепарируется, а шлак компостируется или гранулируется. Жидкая фракция используется для орошения полей. 
В БЭУ перерабатывающих несколько сортов отходов приходится их сортировать, обезвредить и перемешать перед переработкой. На это требуется дополнительные строения, оборудование и процессоры управления. БЭУ этого типа обычно строятся для переработки большего количества отходов. В них оборудуются большие хранилища (1000-10000 м3), одиночные или групповые реакторы. Для таких БЭУ требуется дополнительный обслуживающий персонал, а для перевозок биомассы - специальная техника и система логистики. 
Получение биогаза из биомассы органических отходов и массы энергетических растений является экономически привлекательной деятельностью. Выработка энергии из местных восстанавливающихся ресурсов развивает местную экономику, стимулирует новые виды деятельности, увеличивает занятость. Так, например, БЭУ мощностью 1 МВт создает 2-5 рабочих места: для транспортировки переработанной биомассы, для обслуживания БЭУ и др.

     Для производства биогаза используется сырья дешевое или бесплатное. С другой стороны, переработка (утилизация) отходов оплачивается дополнительно, что иногда составляет до половины доходов БЭУ. Экономическая эффективность производства биогаза зависит от капиталовложений в строительство БЭУ и величины доходов за утилизацию отходов и реализацию продуктов производства - биогаза, метана, тепловой или электрической энергии, удобрений.