Каким образом не сжигая древесину газ или уголь можно получить тепловую энергию: Ставить крест на ископаемом топливе пока рано

Ставить крест на ископаемом топливе пока рано

Потребности в энергии увеличиваются на порядок быстрее роста численности населения

Аристотель придумал понятие «энергия» для обозначения активной человеческой деятельности, преобразующей мир. В наши дни степень прогресса и уровень развития цивилизации принято измерять количеством энергии, потребляемой человечеством, а также объемом располагаемой информации.

С момента зарождения современной цивилизации до конца ХХ в. происходил гиперболический рост населения Земли, а с появлением паровых машин в начале XIX в. мировое энергопотребление увеличивается пропорционально квадрату этого населения. В ХХ в. люди использовали больше энергоресурсов, чем за всю предыдущую историю, хотя с момента появления вида homo sapiens на Земле родились свыше 107 млрд человек.

Сегодня десятую часть всей электроэнергии в мире использует цифровая экономика, и в дальнейшем ее доля в глобальном энергопотреблении только возрастет. Даже смартфон может потреблять больше энергии, чем домашний холодильник, если учесть звонки, сообщения, пересылку фото и видео, зарядку, многочисленные «облачные» серверы, дата-центры и комплексы базовых станций радиосвязи. При этом мир электронных технологий не такой уж и чистый с экологической точки зрения, как кажется.

Потребности в энергии будут только возрастать. Если, по данным Международного энергетического агентства, в 2015 г. мировое энергопотребление составило 20,76 трлн кВт ч, то через 15 лет прогнозируется 33,4 трлн кВт ч (прирост на 60%), а к 2050 г. потребление энергии может удвоиться – до 41,3 трлн кВт ч.

Потребности увеличиваются, поскольку растет и численность населения, и материальное благополучие. Логично ожидать качественных изменений, которые преобразят мир. Но в вопросе, каким он будет, мнения экспертов расходятся. Пока тревогу бьют лишь экологи, предупреждая о катастрофических последствиях бума энергопотребления для окружающей среды.

Инерционный сценарий развития становится базовым

За последние 150 лет мировая энергетика выросла в 35 раз, но ее структура в наступившем XXI в. остается достаточно архаичной: 68% электричества вырабатывается путем сжигания ископаемого топлива – угля, торфа, газа и нефтепродуктов. При этом доля угольной энергетики в мире превышает 40%, в то время как на возобновляемые источники энергии (ВИЭ) приходится пока лишь 5% генерации, а доля атомных электростанций снизилась за последние четверть века в два раза до 10%.

Основной прирост мирового энергопотребления в ближайшие годы будет происходить за счет развивающихся стран, где энергоэффективность низка, а относительная бедность ограничивает развитие «зеленой» энергетики и ВИЭ. По данным ООН на 2015 г., около 1,5 млрд жителей Земли не знают, что такое электричество, а 3 млрд человек приходится ежедневно использовать дрова и органические остатки для приготовления пищи и отопления домов.

50 лет назад удельное потребление энергии на душу населения в развитых странах было в 20 раз выше, чем в развивающихся, сейчас разница сократилась до 7 раз, но все еще огромна. Эти обстоятельства, к сожалению, определяют инерционный сценарий развития энергетики на долгие годы вперед. Относительно дешевые нефть, газ и уголь, а также прагматичное нежелание отвлекать финансовые ресурсы на капиталоемкие и долгосрочные атомные проекты перевешивают любые соображения и доводы технического прогресса. Поэтому увеличение выработки электроэнергии будет происходить во многом за счет ископаемых углеводородов, а не ВИЭ, что бы ни говорили футурологи и эксперты.

Нефть и газ еще понадобятся

Ставить крест на угольной и нефтегазовой отрасли пока рано, учитывая постоянный рост глобального энергопотребления, в том числе и из-за развития цифровых технологий, увеличения числа автомобилей (электромобили тоже потребляют много энергии), а также чрезвычайно высокой доли тепловых электростанций в общей генерации (порядка 68%). Потребность в нефти в 2030 г. может достичь 6200 млн т, что намного превышает 4790 млн т в 2015 г.

Текущий сценарий развития энергетики скорее предполагает ренессанс нефти и газа, а не избавление от нефтяной зависимости. В ближайшие 15-20 лет на долю нефтепродуктов будет приходиться 30% выработки энергии, включая тепловую, на газ – 26%, при постоянном росте объемов генерации электроэнергии и потребности в углеводородах. Учитывая, что КПД современных теплоэлектростанций составляет 40-60% в зависимости от размеров, особенностей конструкции и используемого топлива, половина сжигаемых углеводородов превращается просто в продукты горения, прежде всего в углекислый газ, и выбрасывается в атмосферу. Экологические проблемы будут только нарастать, при том что уже сейчас ископаемые виды топлива дают 75% техногенной эмиссии диоксида углерода.

Некоторые утверждают, что мир спасут электромобили и солнечная энергия. К сожалению, это не так.

Энергетическая мифология и сценарии катастрофы

Массовый переход человечества на электромобили, а также заполнение обширных пустынь солнечными панелями – это сценарий катастрофы, и отнюдь не для нефтяных компаний, как кажется на первый взгляд, a для экологии.

Начнем с электромобилей. Общее количество эксплуатируемого автотранспорта, включая грузовики и автобусы, уже превышает 1 млрд. Через 15 лет число машин возрастет до 1,5 млрд. Используемая автомобилями энергия движения, то есть та самая мощность, что создается в бензиновых и дизельных двигателях, уже сейчас в 2,5 раза превышает суммарную вырабатываемую мощность всех электростанций Земли. То есть каждый автомобиль – это своего рода самодвижущаяся энергетическая установка. Представим, что будет, если сотни миллионов машин, вместо того чтобы, сжигая топливо в своих моторах, преобразовывать тепловую энергию в механическую и кинетическую для своего движения, станут массово потреблять электричество, две трети которого также вырабатываются на тепловых электростанциях путем сжигания углеводородов. Сколько десятков тысяч новых электростанций нужно построить для сотен миллионов электромобилей?

Электромобилям требуется порядка 350-400 Вт на 1 км. В процессе выработки такого количества энергии в атмосферу попадает 200 г углекислого газа. И это без учета потерь электричества в высоковольтных и распределительных сетях, в трансформаторах, на станциях зарядки, а также в аккумуляторах, кондиционерах и электросетях самих электромобилей. При том что для бензиновых двигателей норма выброса углекислого газа сейчас составляет 130 г на 1 км пути, и она должна быть снижена к 2020 г. до 95 г/км.

Получается парадокс: при существующей структуре мировой энергетики электромобили будут в два раза грязнее и опаснее для экологии Земли, чем обычные автомобили с бензиновыми двигателями. Просто проблема загрязнения воздуха городов будет перенесена за их пределы, но при этом многократно увеличится. А есть еще и проблема аккумуляторов, и не только с их утилизаций. Их производство наносит непоправимый ущерб окружающей среде – это тысячи тонн отработанной породы и кубометры жидких кислотных отходов. Цена такому электромобильному будущему – здоровье и жизнь сотен миллионов людей и настоящая климатическая катастрофа.

Но, может быть, решение проблемы, связанной с дополнительными гигаваттами электричества для электромобилей (и смартфонов), находится в сфере использования неисчерпаемого источника бесплатной энергии – солнечной? (Тут вспоминается строка Стругацких: «Счастье для всех. Даром. И пусть никто не уйдет обиженным».) Ведь поверхность Земли получает в ясную погоду эквивалент 0,7-1,3 кВт тепловой энергии на 1 кв. м. И есть гигантские малонаселенные пространства субтропических пустынь, которые можно застелить солнечными панелями и теоретически решить все проблемы.

К сожалению, даром ничего не бывает. Издержки солнечной энергетики (прямые и косвенные) невероятно высоки. Дело даже не в технологиях изготовления панелей фотоэлементов (об этом чуть дальше), а в том, что плотность потока солнечной энергии очень низка, при этом затраты на преобразователи, накопители, регуляторы, охладители и системы трансформации и передачи электричества огромны. А еще есть постоянная смена дня и ночи, сезонность и климатические факторы, делающие работу солнечных установок нестабильной. Эффективность солнечных элементов резко снижается при их нагреве. Как ни парадоксально, но в Якутии они будут работать гораздо эффективнее, чем, например, в Калифорнии, ведь 80% солнечной радиации уходит просто на нагрев панелей, а повышение температуры поверхности фотоэлемента всего на 10 градусов в два раза снижает его эффективность. Ежедневная эксплуатация обычного газотурбинного или мазутного электрогенератора на порядок дешевле и проще, чем сопоставимой по мощности солнечной электростанции.

Все это можно было бы пережить, если изготовить миллионы квадратных метров солнечных батарей для замены тепловых электростанций. Только экология этого не переживет. Ведь нужно будет дополнительно израсходовать миллионы тонн коксующего угля (нужный для солнечных элементов промышленный кремний получают путем восстановления из кремнезема или кристаллического диоксида кремния с помощью кокса в электродуговых печах при температуре 2000 градусов), различных горных пород, содержащих мышьяк, свинец и кадмий, моторного топлива, стали и пластика, тераватт электричества (вырабатываемого в основном на тепловых станциях). Сколько миллионов тонн углекислого газа и вредных примесей при этом попадет в атмосферу и что будет с почвами и водными источниками?

Эра газа и атома

Возобновляемые источники энергии – это локальные решения для мест, где строить большие электростанции экономически неэффективно. Лишь повсеместное развитие и массовое использование ядерной энергетики на новом качественном уровне безопасности и утилизации отходов (а в будущем и термоядерной энергетики) поможет человечеству обеспечить себя необходимым количеством энергии без превращения планеты в жаркую, отравленную газами, кислотами и солями тяжелых металлов пустыню.

Энергия универсальна, и переход человечества к электрическому миру когда-нибудь состоится, может, в следующем веке, но не в обозримой перспективе. Следующие 20-30 лет будут «эрой газа», гораздо более чистого, чем нефть и уголь, топлива. А если еще и появятся технологии добычи металлогидридов из земной коры, то бензин и дизель в автомобилях, мазут и уголь на электростанциях заменит собой водород – настоящее экологически безупречное топливо будущего.

Мнения экспертов банков, инвестиционных и финансовых компаний, представленные в этой рубрике, могут не совпадать с мнением редакции и не являются офертой или рекомендацией к покупке или продаже каких-либо активов

Новости СМИ2

Отвлекает реклама?  С подпиской 
вы не увидите её на сайте

Как осуществляется производство (генерация) электрической энергии?

Производство (Генерация) электроэнергии — это процесс преобразования различных видов энергии в электрическую на индустриальных объектах, называемых электрическими станциями. В настоящее время существуют следующие виды генерации:

Тепловая электроэнергетика. В данном случае в электрическую энергию преобразуется тепловая энергия сгорания органических топлив. К тепловой электроэнергетике относятся тепловые электростанции (ТЭС), которые бывают двух основных видов:

Конденсационные (КЭС, также используется старая аббревиатура ГРЭС). Конденсационной называют не комбинированную выработку электрической энергии;

Теплофикационные (теплоэлектроцентрали, ТЭЦ). Теплофикацией называется комбинированная выработка электрической и тепловой энергии на одной и той же станции;

КЭС и ТЭЦ имеют схожие технологические процессы. В обоих случаях имеется котёл, в котором сжигается топливо и за счёт выделяемого тепла нагревается пар под давлением. Далее нагретый пар подаётся в паровую турбину, где его тепловая энергия преобразуется в энергию вращения. Вал турбины вращает ротор электрогенератора — таким образом энергия вращения преобразуется в электрическую энергию, которая подаётся в сеть. Принципиальным отличием ТЭЦ от КЭС является то, что часть нагретого в котле пара уходит на нужды теплоснабжения;

Ядерная энергетика. К ней относятся атомные электростанции (АЭС). На практике ядерную энергетику часто считают подвидом тепловой электроэнергетики, так как, в целом, принцип выработки электроэнергии на АЭС тот же, что и на ТЭС. Только в данном случае тепловая энергия выделяется не при сжигании топлива, а при делении атомных ядер в ядерном реакторе. Дальше схема производства электроэнергии ничем принципиально не отличается от ТЭС: пар нагревается в реакторе, поступает в паровую турбину и т. д. Из-за некоторых конструктивных особенностей АЭС нерентабельно использовать в комбинированной выработке, хотя отдельные эксперименты в этом направлении проводились;

Гидроэнергетика. К ней относятся гидроэлектростанции (ГЭС). В гидроэнергетике в электрическую энергию преобразуется кинетическая энергия течения воды. Для этого при помощи плотин на реках искусственно создаётся перепад уровней водяной поверхности (т.  н. верхний и нижний бьеф). Вода под действием силы тяжести переливается из верхнего бьефа в нижний по специальным протокам, в которых расположены водяные турбины, лопасти которых раскручиваются водяным потоком. Турбина же вращает ротор электрогенератора. Особой разновидностью ГЭС являются гидроаккумулирующие станции (ГАЭС). Их нельзя считать генерирующими мощностями в чистом виде, так как они потребляют практически столько же электроэнергии, сколько вырабатывают, однако такие станции очень эффективно справляются с разгрузкой сети в пиковые часы;

Альтернативная энергетика. К ней относятся способы генерации электроэнергии, имеющие ряд достоинств по сравнению с «традиционными», но по разным причинам не получившие достаточного распространения. Основными видами альтернативной энергетики являются:

Ветроэнергетика — использование кинетической энергии ветра для получения электроэнергии;

Гелиоэнергетика — получение электрической энергии из энергии солнечных лучей;

Общими недостатками ветро- и гелиоэнергетики являются относительная маломощность генераторов при их дороговизне. Также в обоих случаях обязательно нужны аккумулирующие мощности на ночное (для гелиоэнергетики) и безветренное (для ветроэнергетики) время;

Геотермальная энергетика — использование естественного тепла Земли для выработки электрической энергии. По сути геотермальные станции представляют собой обычные ТЭС, на которых источником тепла для нагрева пара является не котёл или ядерный реактор, а подземные источники естественного тепла. Недостатком таких станций является географическая ограниченность их применения: геотермальные станции рентабельно строить только в регионах тектонической активности, то есть, там, где естественные источники тепла наиболее доступны;

Водородная энергетика — использование водорода в качестве энергетического топлива имеет большие перспективы: водород имеет очень высокий КПД сгорания, его ресурс практически не ограничен, сжигание водорода абсолютно экологически чисто (продуктом сгорания в атмосфере кислорода является дистиллированная вода). Однако в полной мере удовлетворить потребности человечества водородная энергетика на данный момент не в состоянии из-за дороговизны производства чистого водорода и технических проблем его транспортировки в больших количествах;

Стоит также отметить альтернативные виды гидроэнергетики: приливную и волновую энергетику. В этих случаях используется естественная кинетическая энергия морских приливов и ветровых волн соответственно. Распространению этих видов электроэнергетики мешает необходимость совпадения слишком многих факторов при проектировании электростанции: необходимо не просто морское побережье, но такое побережье, на котором приливы (и волнение моря соответственно) были бы достаточно сильны и постоянны. Например, побережье Чёрного моря не годится для строительства приливных электростанций, так как перепады уровня воды Чёрном море в прилив и отлив минимальны.

Вернуться назад

Как нагреть дома без ископаемого топлива-DW-22.01.2020

Изображение: Picture-Allince/DPA

Природа и окружающая среда

Gero Rueter

01/22/2020 Январь 22, 2020

01/22/2020 .

Во многих странах системы отопления все еще работают на угле, нефти и газе. Но полагаясь на эти ископаемые виды топлива, чтобы согреться зимой, мы увеличиваем выбросы CO2. Итак, каковы некоторые из безвредных для климата альтернатив?

https://p.dw.com/p/3WUMI

Реклама

На отопление с использованием угля, нефти и природного газа приходится около четверти глобальных выбросов парниковых газов. Но это то, что мы можем изменить, говорит Вольфганг Файст, основатель Института пассивного дома в городе Дармштадт на западе Германии.

«Здания могут питаться экологически нейтральным способом, и это возможно во всем мире с возобновляемыми источниками энергии», — сказал он DW, добавив, что решающим фактором является повышение эффективности зданий, чтобы энергия не тратилась впустую.

«При хорошей изоляции и системах вентиляции можно добиться экономии энергии — по сравнению с обычными зданиями — на 80-90% в новых зданиях и на 75-80% за счет энергоэффективного ремонта в старых зданиях.»

Оставшийся спрос может быть удовлетворен за счет комбинации возобновляемых источников энергии. И эта комбинация может варьироваться в зависимости от региона, — говорит Файст, профессор физики и пионер эффективных методов строительства.

«Я считаю важными источниками централизованное теплоснабжение с использованием возобновляемых источников энергии, а также отопление с использованием окружающего тепла и тепловых насосов», — говорит он.

Читать далее : Плата за свинец в Кельне и Дортмунде для умных городов Германии

Использование древесины или древесных пеллет — еще один способ удовлетворить потребности в отоплении отдельных зданий, говорит Файст, добавляя, однако, что это «неразумный вариант». » для целых городов или отраслей, потому что это не является устойчивым и создаст чрезмерный спрос на биомассу.

Эти «пассивные» дома во Франкфурте используют солнечную энергию и тепловые насосы для обеспечения экологически безопасного отопления круглый год Изображение: DW/G. Rueter Финансовая столица Германии имеет большие экологические планы Изображение: picture-alliance/maxppp/V. Isore

Франкфурт стремится к климатической нейтральности

Немецкий город Франкфурт стремится стать климатически нейтральным к 2050 году. отдел энергетики, который координирует переход. С помощью ученых город разработал генеральный план, который включает пассивные дома и энергоэффективный ремонт старых построек.

Солнечные панели на крышах зданий Франкфурта будут генерировать часть тепловой энергии города. Еще одна доля придется на теплотрассы, обслуживающие районы города, где тепло будет создаваться за счет сжигания отходов и древесины или за счет отработанного тепла дата-центров. Окружающую энергию земли также можно использовать с помощью тепловых насосов.

Подробнее :  Энергоэффективный дом в Южном Тироле

Как работает тепловой насос?

Теоретически тепловой насос работает как холодильник — в закрытой многоступенчатой ​​системе тепло вырабатывается в компрессоре, а холодный воздух создается в испарителе.

Жидкий теплоноситель извлекает тепло из окружающей среды для обогрева зданий или воды. Тепловой насос получает энергию из земли, грунтовых вод или воздуха.

Тепловые насосы нуждаются в электричестве в качестве энергии для работы, и то, насколько хорошо они работают, зависит главным образом от источника тепла.

«Мы исследовали 60 систем тепловых насосов в старых зданиях в Германии», — говорит Марек Миара, исследователь из Фраунгоферовского института систем солнечной энергии (ISE) во Фрайбурге.

«Тепловые насосы в старых зданиях, которые используют воздух в качестве источника тепла, генерируют в среднем около 3 киловатт-часов тепла из 1 киловатт электроэнергии. А тепловые насосы, использующие грунтовые воды и почву в качестве источников тепла, генерируют в среднем в 3,9 раза больше тепла. », — сказала Миара DW, добавив, что системы в новых зданиях, как правило, более эффективны.

Развитие ключевых технологий

Тепловые насосы являются основным компонентом планов по экологически нейтральной энергии и отоплению в будущем, и эта технология все больше заменяет системы отопления, работающие на ископаемом топливе, во всем мире.

«Мы наблюдаем очень положительную глобальную тенденцию», — говорит Томас Новак из лоббистской организации Европейской ассоциации тепловых насосов (EHPA). «Мы переживаем золотой век тепловых насосов, они становятся массовым рынком».

Согласно отчету EHPA, в 2018 году во всем мире было продано 18 миллионов тепловых насосов, из них 1,3 миллиона — в Европе. В отчете говорится, что глобальные продажи растут на 10% каждый год.

Отопление с меньшим содержанием CO2

Тепловые насосы пользуются огромной популярностью в Европе, особенно в скандинавских странах. Электроэнергия в этих странах уже вырабатывается в основном за счет экологически чистой энергии ветра и гидроэнергетики. Согласно расчетам Fraunhofer ISE, системы тепловых насосов в Швеции генерируют 9На 0 % меньше выбросов углекислого газа, чем в системах отопления, работающих на природном газе.

Подробнее : Жизнь в пассивном доме 

Многие страны Европейского Союза и других частей мира по-прежнему получают большую часть электроэнергии из угля и газа. Но, согласно расчетам исследователей Фраунгофера, тепловые насосы также были бы более экологичным вариантом, чем отопление природным газом. По всему ЕС использование тепловых насосов привело бы к средней экономии CO2 примерно на 60% по сравнению с природным газом. По словам исследователей Фраунгофера, в Германии экономия составит около 30%.

Если электричество станет более безопасным для климата за счет расширения использования энергии ветра и солнца, как в настоящее время происходит в Германии, сокращение выбросов CO2 за счет систем тепловых насосов будет только расти. А если рабочая мощность насосов на 100 % обеспечивается возобновляемыми источниками энергии, то эта технология отопления становится климатически нейтральной.

Политика в области преобразования систем отопления

Эксперты в области энергетики и строительства сходятся во мнении, что переход на климатически нейтральное отопление во всех зданиях и отраслях во всем мире, безусловно, возможен.

Эксперты и защитники окружающей среды призывают запретить установку новых загрязняющих окружающую среду систем отопления Изображение: picture Alliance/dpa/J. Kalaene Швейцарский город Шаффхаузен входит в число муниципалитетов, где растет число муниципалитетов, использующих технологию тепловых насосов Изображение: picture-alliance/Keystone/E. Leanza

«Однако по-прежнему необходимо дополнительное обучение», — говорит Андреас Нордхофф, консультант по технологиям пассивного дома, который также обучает людей в строительной отрасли. «Мастерам, архитекторам и владельцам зданий часто не хватает знаний о том, как все можно оптимально скоординировать и сколько энергии и денег можно сэкономить», — говорит он.

Читать далее : Новое правительство Австрии ставит перед собой цель достичь нулевого уровня выбросов углерода к 2040 году

Политика также играет важную роль в обеспечении экологически безопасного теплоснабжения.

«Сейчас нам нужен запрет на новые системы отопления на жидком топливе. Они особенно вредны для климата, поэтому новые установки должны быть запрещены с этого момента», — говорит Николя Бессер, руководитель проекта по энергетике и защите климата в Немецком экологическом организация Deutsche Umwelthilfe (DUH).

«Системы отопления на природном газе более щадящие для климата по сравнению с масляным отоплением, но они все равно вредны. Поэтому нам также нужен запрет на их установку с 2025 года», — говорит Бессер.

Для достижения климатических целей, изложенных в Парижском соглашении, DUH призывает к чрезвычайной программе защиты зданий от климата. Они хотят, чтобы финансирование было направлено на ремонт зданий, расширение муниципальных сетей теплоснабжения и ускорение поэтапного отказа от отопления на жидком и газовом топливе.

Реклама

Пропустить следующий раздел Узнать больше

Узнать больше

Показать больше историй

Пропустить следующий раздел Связанные темы

Связанные темы

Энергетический кризисВозобновляемая энергияCOP27: все, что вам нужно знатьИзменение климатаПропустить следующий раздел Главные новости DW

Страница 1 из 3

Пропустить следующий раздел Другие новости от DW

Перейти на домашнюю страницу

Использование тепла сгорания для получения энергии – энергия на древесине

Конечным результатом сгорания является полезная энергия – обычно в форме тепла, электроэнергии или тепла и электроэнергии. Это может быть использовано для обогрева помещений зданий, технологического отопления для производственных нужд, электроэнергии для использования на месте или продажи в сеть или одновременного производства тепла и электроэнергии (так называемые «теплоэлектростанции» или ТЭЦ). . Чаще всего теплота сгорания улавливается в виде горячей воды, горячего воздуха или пара.

Большинство ферм не имеют значительных потребностей в тепле для сжигания топлива, за исключением отопления ферм зимой в холодном климате. Тем не менее, фермы должны рассмотреть возможность предоставления топлива для сжигания бытовым, коммерческим или промышленным потребителям.

Оборудование для сжигания

Оборудование для сжигания доступно в различных размерах и конфигурациях, хотя выбор, как правило, меньше, чем для сжигания ископаемого топлива. Обычно это дороже, чем устройства, работающие на жидком топливе или природном газе, но топливо из биомассы обычно дешевле, что приводит к долгосрочной экономии для пользователя. Существует множество примеров использования систем сжигания биомассы для обогрева теплиц на фермах.

Двумя основными категориями оборудования для сжигания биомассы являются бытовые системы и коммерческие/промышленные системы.

Бытовое оборудование для сжигания топлива

Камин является наиболее распространенным видом оборудования для сжигания в жилых помещениях, однако он также имеет тенденцию быть очень неэффективным (большая часть тепла уходит через дымоход). Доступны многие другие типы печей и печей, которые обеспечивают более эффективный метод использования тепла сгорания в доме. Обычно оборудование подходит только для одного вида топлива из биомассы, поэтому важно выбрать соответствующую печь для топлива, которое вы хотите сжигать.

Дровяные печи являются более эффективным средством для сжигания дров: они регулируют скорость воздушного потока и максимально извлекают тепло от сжигаемого топлива. Однако эти устройства, как правило, подходят только для сжигания дров.

Каминные топки — это, по сути, дровяные печи, которые устанавливаются в отверстие существующего камина. Они работают так же, как дровяная печь, и имеют аналогичные рейтинги эффективности.

Пеллетные печи предназначены для сжигания специально изготовленных древесных топливных гранул. Эти пеллеты изготавливаются в соответствии с точными спецификациями, что позволяет печам работать более эффективно и чище, чем обычные дровяные печи. Некоторые пеллетные печи могут автоматически подавать топливо в печь, что немного упрощает их использование.

Печи на биомассе предназначены для сжигания топливных пеллет, изготовленных не из древесины, таких как пшеничная солома, кукурузная солома или травы. Обязательно узнайте тип топлива, которое может сжигать печь, так как другие виды топлива могут повредить печь или привести к небезопасным условиям эксплуатации.

Кукурузные печи – в некоторых частях страны популярно сжигать очищенную кукурузу в качестве топлива для сжигания. В некотором смысле кукурузные зерна представляют собой топливные гранулы природного происхождения. Кукуруза удивительно хорошо горит, но производит довольно большое количество золы, которая более склонна к «зашлаковыванию» (образованию твердых кусков), чем древесная зола. В отличие от большинства других видов топлива из биомассы, кукуруза содержит измеримое количество серы (~ 0,1%, что все еще намного ниже, чем, например, в угле). Поэтому печи на древесных гранулах, как правило, не подходят для кукурузы, и вместо них необходимо использовать специально построенные печи для кукурузы. В некоторых сообщениях предполагается, что кукурузные печи также хорошо работают на биомассе, но для уверенности проконсультируйтесь с производителем печей.

Коммерческое/промышленное оборудование для сжигания

Коммерческое оборудование для сжигания больше и сложнее, чем бытовые устройства. Как правило, подача сырья в камеру сгорания автоматизирована с помощью ленточных конвейеров и/или шнеков. Поток топлива и воздуха тщательно контролируется, а условия в камере сгорания автоматически регулируются для обеспечения максимальной эффективности. Усовершенствованные устройства контроля загрязнения (как минимум, циклонный сепаратор) используются для удержания выбросов частиц в установленных пределах для крупного оборудования.

Эти системы обычно изготавливаются на заказ в зависимости от требований к отоплению и доступного топлива. В то время как большинство бытовых систем производят нагретый воздух, промышленное оборудование обычно предназначено для производства горячей воды или пара.

Эффективность сгорания

Эффективность оборудования для сжигания равна количеству произведенного полезного тепла, деленному на общее количество тепла, имеющегося в топливе.

Эффективность устройства зависит от качества оборудования и способа его эксплуатации. Большая часть оборудования для сжигания имеет наивысший КПД, когда оно работает на полную мощность – КПД падает по мере снижения тепловой нагрузки. Типичная эффективность сгорания при полной нагрузке для различных типов оборудования показана в следующей таблице.

Эти значения эффективности основаны на «более высокой теплотворной способности» топлива. Также имейте в виду, что эффективность этих устройств падает, если тепловая мощность низкая — они предназначены для лучшей работы при пиковой или почти пиковой тепловой мощности.

Вопросы загрязнения и качества воздуха

Биомасса является относительно чистым топливом с точки зрения загрязнения воздуха, IF , она эффективно сжигается. Это может показаться удивительным людям, привыкшим к дымящемуся огню или дровяным горелкам. Однако дым от этих неэффективных систем содержит большое количество несгоревшего топлива, что является признаком низкой эффективности. Высокоэффективное оборудование, как правило, не имеет видимых выбросов дыма и заметного запаха.

Существует четыре основных типа загрязнения воздуха, которые могут образовываться при сжигании биомассы: 1) нормальные продукты сгорания (двуокись углерода и вода), 2) дополнительные химические соединения, образующиеся при сгорании, такие как двуокись серы (SOx) и соединения азота (NOx), 3) несгоревшие молекулы биомассы, такие как сажа, и 4) частицы золы, которые достаточно малы, чтобы плавать в воздухе (летучая зола и твердые частицы).

Двуокись углерода и вода

Двуокись углерода и водяной пар являются двумя основными газами, которые выбрасываются из камеры сгорания. Типичное сжигание биомассы дает около 1,8 кг CO2 и 0,5 кг водяного пара на кг сухого топлива.

Углекислый газ и водяной пар традиционно не считались загрязняющими веществами. Однако усиление опасений по поводу глобального потепления привело к обеспокоенности правительства по поводу выбросов углекислого газа. Некоторые правительства ввели ограничения на выбросы CO2 для установок по сжиганию. Однако сжигание биомассы обычно считается «углеродно-нейтральным», что означает, что углекислый газ, который выделяется при сжигании биомассы, повторно поглощается растущими культурами, которые впоследствии будут использоваться в качестве топлива. Из-за этого выбросы двуокиси углерода при сжигании биомассы, как правило, не ограничиваются.

«Дымовые трубы» при сжигании биомассы часто имеют шлейфы белых волнистых облаков, поднимающихся с их вершин. Это водяной пар в выхлопных газах, который при охлаждении конденсируется в капли воды. Некоторые люди ошибочно думают, что облако над камерой сгорания биомассы является признаком загрязнения; на самом деле газы из камеры сгорания часто очень чистые.

NOx и SOx

Хотя современные камеры сгорания на биомассе, как правило, имеют низкий уровень выбросов по сравнению со многими другими видами топлива, некоторые загрязняющие вещества при сжигании биомассы вызывают беспокойство.

Основными загрязняющими веществами, которые следует учитывать при сжигании биомассы, являются оксиды азота – NO2 и NO3. Их обычно называют выбросами «NOx», и они образуются, когда азот в воздухе химически соединяется с кислородом в процессе сгорания. NOx в атмосфере может соединяться с водяным паром с образованием азотной кислоты и считается важным источником кислотных дождей. Более горячее сгорание производит больше NOx, тогда как более холодные условия производят меньше. Выбросы NOx из камеры сгорания, работающей на биомассе, обычно аналогичны выбросам из камеры сгорания, работающей на угле, или другой системы, работающей на ископаемом топливе, и обычно больше зависят от конструкции оборудования для сжигания, чем от типа топлива.

Соединения оксида серы («SOx») являются еще одним продуктом горения, который считается источником кислотных дождей – молекулы соединяются с водой с образованием серной кислоты. Соединения SOx образуются, когда сера в топливе соединяется с кислородом в процессе сгорания. Уголь обычно имеет высокий уровень серы, в то время как большая часть биомассы содержит очень мало.

Сажа и креозот

«Сажа» — это общий термин для несгоревших или частично сгоревших частиц в выхлопных газах. «Креозот», с другой стороны, относится к смолистой жидкости, которая конденсируется после неполного сгорания биомассы (уголь также может производить креозот). В то время как бытовые камины и дровяные печи долгое время были источниками этих загрязняющих веществ, высокоэффективное оборудование для сжигания производит мало или вообще не производит этих материалов.

Твердые частицы (зола)

Большая часть золы от сгорания остается в камере сгорания. Однако небольшое количество самой тонкой золы (называемой «зольной пылью») выдувается из камеры сгорания вместе с выхлопными газами. В промышленном оборудовании для сжигания используются устройства для улавливания золы, такие как «циклонные сепараторы» и «мешочные фильтры», для удаления большей части этой золы до ее выброса в атмосферу.

Правила качества воздуха

Выбросы в атмосферу от очень крупного оборудования для сжигания (например, электростанций) регулируются федеральным законом. Меньшее оборудование регулируется государственными и местными правилами. Эти правила обычно требуют предварительного разрешения и регулярных испытаний дымовых газов для обеспечения соответствия правилам. Часто самое маленькое оборудование для сжигания (например, бытовое оборудование) не регулируется таким образом. Вместо этого от производителей небольших устройств может потребоваться подтверждение того, что их оборудование соответствует определенным минимальным требованиям.

Дополнительная информация

Горение: Введение | Сырье | Обработка | Использование

• Ресурсы Wood2Energy, Университет Теннесси:
  • Состояние науки и техники. Подробная публикация по технологиям сжигания. 2010.
  • База данных пользователей биомассы в США и Канаде. База данных древесины для энергетической промышленности, производителей и пользователей с возможностью поиска по нескольким характеристикам. 2010.

• Ресурсы BERC, Исследовательского центра энергии биомассы:
  • Обзор технологии масштаба сообщества.
  • Преимущества использования энергии биомассы для школ и сообществ. Информационный бюллетень.
  • Энергия биомассы и углекислый газ. Информационный бюллетень.
  • Информационный бюллетень о выбросах при сжигании биомассы. Информационный бюллетень.
  • Более 50 тематических исследований лучших в своем классе энергетических систем на биомассе по всему миру.
  • Руководство по отоплению древесной щепой для коммерческих и институциональных условий.
  • Национальная база данных общественных проектов по производству энергии из биомассы

• Ресурсы от Penn State Cooperative Extension :
  • Оборудование для отопления на биомассе в промышленных масштабах.