журналы подразделения новости подписка контакты home

архив
2001 год
2002 год
рубрики
РЕКЛАМА

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА. Главные события месяца

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА. Ядерная энергетика

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА. Собственность

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА. Регулирование

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА. Проекты

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА. Проекты

ТЕМА НОМЕРА. Тенденции развития электроэнергетики

ГАЗ И НЕФТЬ. Нефтерынок

ГАЗ И НЕФТЬ. Сектор газа

ГАЗ И НЕФТЬ. Конфликты

ГАЗ И НЕФТЬ. Проекты

УГОЛЬ

гостям
Агентство "Стандарт" предлагает вам подписаться на экномические журналы – лидеры в своей области.
























"ТЭК" – №7, 2002

ТЕМА НОМЕРА. Тенденции развития электроэнергетики

Биомасса: серьезные энергоресурсы для Евроcоюза

Отходы сельского и лесного хозяйства, наряду со специально выращиваемыми растениями, считаются в Европейском Союзе одним из самых перспективных источников энергии. Тенденция роста использования этих ресурсов, обычно называемых биомассой, может внести заметный вклад в эффективное решение многих актуальных энергетических и экологических проблем, стоящих ныне перед странами ЕС.

1. Биомассу – в массы!

Использование биомассы местного происхождения может существенно снизить потребности стран ЕС в импорте нефти и других ископаемых видов топлива и, в то же время, повысить надежность энергообеспечения. Поскольку растения поглощают углекислый газ, использование биомассы способствует выполнению требований Киотского протокола в деле сокращения эмиссии "парниковых" газов, обусловливающих глобальное потепление. Кроме того, топливо, произведенное из биомассы, содержит значительно меньше серы, чем ископаемые виды топлива. В то же время, должным образом спроектированные системы, использующие биомассу, могут помимо прочего способствовать сокращению эмиссии других атмосферных загрязнителей, повышая таким образом качество воздуха в окружающей местности. Утилизация отходов также способствует улучшению окружающей среды, в то время как выращивание растений, специально предназначенных для использования в качестве энергоресурсов, на землях, непригодных для производства пищевых продуктов, может способствовать повышению занятости населения, улучшению показателей экономической деятельности и поддержке сельского и лесного хозяйства.

Во всем мире миллионы людей находятся в зависимости от биомассы как источника энергии. При этом большая ее часть используется в довольно простых, загрязняющих окружающую среду, энергетически неэффективных системах сжигания. В настоящее время на основе использования существующих технологий биомасса удовлетворяет порядка 3% (45 млн. т нефтяного эквивалента) ежегодных энергетических потребностей стран Европейского Союза. Однако цель энергетической политики ЕС заключается в существенном увеличении использования биомассы, а именно: добавить к имеющимся ежегодным 45 млн. т еще 90 млн. т нефтяного эквивалента к 2010 году. Если эта цель будет достигнута, то биомасса будет обеспечивать 50% энергии, производимой в Европейском Союзе с использованием возобновляемых энергоресурсов.

Предполагается, что в более отдаленной перспективе биомасса будет обеспечивать 20% потребностей Европейского Союза в первичных источниках энергии. При этом необходимо будет выделить более 20 млн. га земли для выращивания растений, предназначенных для использования в качестве энергоресурсов. Для того чтобы достичь этой цели, необходимо понимание существующего положения и определение тех основных направлений дальнейших исследований и разработок, которые могут обеспечить снижение стоимости и повышение эффективности всех звеньев технологической цепи производства и использования биомассы для энергетических целей. Для снижения расходов и повышения результативности таких исследований и разработок ЕС посредством выполнения соответствующих рамочных программ поощряет и поддерживает сотрудничество в этой сфере стран-членов, а также представителей государственного и частного сектора.

Поскольку технологии преобразования биомассы являются одновременно коммерчески оправданными и целесообразными, цели Пятой рамочной программы исследований и разработок, рассчитанной на 1998 – 2002 годы, нацелены на преодоление ключевых барьеров (как технологических, так и не технологических), которые препятствуют широкому распространению использования биомассы в сфере энергетики. Достижение этих целей рассматривается как часть более широкой инициативы по созданию Европейской зоны исследований и разработок – основного компонента Европейского интеллектуального сообщества.

Системы энергообеспечения с использованием биомассы могут основываться на широком спектре видов сырья с применением различных технологий его преобразования в твердое, жидкое и газообразное топливо. Это топливо в дальнейшем может быть использовано для производства тепловой и электрической энергии, в качестве энергоносителя для транспортных средств, котельных, генераторов, двигателей внутреннего (или внешнего) сгорания, турбин, топливных элементов. Имеется возможность переработки биомассы в топливо, идентичное (или близкое по своим свойствам) ископаемым видам топлива. Это минимизирует необходимость адаптации оборудования и технологии конечного использования такого топлива, однако ведет к дополнительным издержкам и потерям энергии. Альтернативой такому подходу является снижение содержания влаги, повышение теплотворной способности и модифицирование физической формы, в которой используется биомасса, а также приспособление оборудования конечного использования к произведенному топливу. Однако такая альтернатива тоже влечет за собой необходимость дополнительных расходов и потерь энергии, а также требует иного технологического подхода.

В результате значительных усилий в области исследований, разработок и изготовления опытных образцов, демонстрирующих технологии использования биомассы, ЕС уже получает значительную долю тепловой и электрической энергии путем сжигания отходов промышленного производства. Однако в связи с тем, что сокращение отходов промышленного производства и увеличение объемов и глубины их переработки являются ключевыми целями политики Европейского Союза, эти отходы становятся все более ограниченными ресурсами. Поэтому все большее внимание уделяется использованию отходов, образующихся в сельском и лесном хозяйстве, а также выращиванию растений, специально предназначенных для использования в качестве первичного источника энергии. Внедрение экономически целесообразных, "дружественных" по отношению к окружающей среде, привлекательных для инвесторов и приемлемых для общества технологических процессов выращивания, преобразования и использования растений для целей энергетики представляет собой актуальную задачу.

Рассмотрим ряд наиболее важных проблем использования биомассы в производстве энергии, проиллюстрированных примерами созданных установок и проектов, выполняемых под эгидой Рамочных программ исследований и разработок, а также вопросы интеграции этих программ в будущую энергетическую политику Европейского Союза.

2. Что такое биомасса?

Как возобновляемый источник энергии, биомасса представляет собой все виды веществ органического происхождения, которые могут быть использованы в качестве источника топлива. К биомассе относятся деревья, продукты полеводства, водоросли и другие растения, а также отходы сельского и лесного хозяйства. К ним принадлежат жидкие отходы, отстои, навоз и другие органические удобрения, "зеленые" промежуточные и побочные продукты промышленного производства, а также органические твердые фракции городского мусора. Эти материалы могут быть идентифицированы раздельно; в таком случае используют термин "биомасса и отходы".

В данной статье понятие "биомасса" включает сельскохозяйственные растения, отходы сельского и лесного хозяйства, навоз и другие органические удобрения, "зеленые" отходы и побочные продукты агроиндустриальных процессов, однако исключает органические отходы, которые могут быть получены с городских свалок мусора (как рассортированные, так и не рассортированные). Биогаз, получаемый в результате брожения сточных вод и мусора, включается в понятие "биомасса".

3. Сельскохозяйственные культуры как первичный энергоноситель

3.1. Современное состояние

В последние годы в исследования по выращиванию сельскохозяйственных культур для целей производства энергии были инвестированы в странах Европейского Союза значительные средства. Однако коммерческое производство энергии из биомассы остается весьма незначительным. Из таких повсеместно признанных в качестве "энергетических" сельскохозяйственных культур как сахарная свекла, семена рапса и пшеница были произведены некоторые виды "биотоплива" в весьма скромных объемах. Небольшие площади были отведены под выращивание ивы и тополя в виде кустарника в режиме краткосрочного севооборота, а также под плантации эвкалипта в качестве сырья для производства твердого топлива. Много других видов растений были исследованы с точки зрения их агрономии, оптимизации урожайности, уборки, хранения и переработки. К этим видам принадлежат такие высокоурожайные волокнистые растения как гигантский тростник (Arundo donax), один из сортов круглого артишока (Cynara), известного также под названиями "земляная груша" или "топинамбур", а также Miscanthus ("родственник" сахарного тростника, дающий хороший урожай даже в условиях умеренного климата). Из этих растений можно получать биомассу, пригодную для непосредственного сжигания или термохимического преобразования. Водоросли и другие водяные растения продемонстрировали весьма высокую продуктивность и их целесообразно использовать в качестве сырья для производства биогаза.

3.2. Технологические препятствия

Существующие проблемы использования энергии сельскохозяйственных растений связаны с относительно высокой стоимостью производства и трудностями уборки урожая и хранения выращенного материала, в особенности однолетних растений или таких, уборку которых необходимо проводить в минимально короткие сроки в осенний период. Транспортные расходы приобретают первостепенную важность при калькуляции полной стоимости биомассы; поэтому ее использование по месту производства (или хотя бы в том же регионе) представляется наиболее предпочтительным. Таким образом, в настоящее время использование биомассы для производства тепловой энергии, либо для комбинированного производства как тепловой, так и электрической энергии, является экономически оправданным лишь в местных масштабах. В большинстве случаев стоимость выращивания сельскохозяйственных культур или обустройства и эксплуатации древесных плантаций напрямую зависит от величины соответствующего земельного участка. Поэтому удельная стоимость производства одной тонны биомассы существенно снижается при росте урожайности. По этой причине основные усилия должны быть направлены на определение и культивирование высокоурожайных сельскохозяйственных культур, предназначенных для производства энергии. Урожайность от 10 до 15 т биомассы с одного гектара в год – вполне достижимая для условий умеренного климата цель, в то время как гораздо более высокая урожайность (вплоть до 30 т с одного гектара в год) наблюдается (при прочих благоприятных условиях – прежде всего наличие достаточного количества воды как ключевого фактора) в южных регионах ЕС.

В качестве альтернативы обеспечению оптимальной урожайности биомассы предлагается отбор сельскохозяйственных культур для производства жидкого топлива. В настоящее время для промышленного производства жидкого топлива используется сахар, крахмал или растительное масло. Следовательно, вывод об эффективности этих культур делают исходя из их урожайности, которую можно повысить путем применения методов генной инженерии, в частности введением рекомбинантной (гибридной) ДНК.

Некоторые технологические проблемы связаны с выращиванием "энергетических" сельскохозяйственных культур, в том числе обеспечение их питательными веществами, в частности благодаря использованию ила, отстоев, стоков и других органических веществ, которые в настоящее время исследуются. Отчасти эти проблемы могут быть решены путем селекции устойчивых сортов, использования смешанных стебле- и травостоев и применением интегрированных технологий борьбы с сельскохозяйственными вредителями.

3.3. Препятствия не технологического характера

Основными не технологическими препятствиями являются ограничения, требования, притязания и заявления об использовании земли, провозглашенные до принятия решения о выращивании сельскохозяйственных культур для энергетических целей (обеспечение пищей, энергией, коммунальными удобствами, жильем, претензии на отводимые земельные участки со стороны торговли и промышленности, обеспечение досуга, отнесение земельных участков к категории природных ландшафтных заповедников, территорий специального научного интереса и т.д.), а также возможные экологические последствия отведения больших территорий для выращивания монокультур. К числу таких аргументов относятся также соображения о потере природного биологического разнообразия, об ограниченности водных ресурсов в случае необходимости проведения ирригационных работ, об отрицательном влиянии на окружающую среду интенсивных сельскохозяйственных технологий, в том числе и выделение из удобрений "парниковых" газов. Дополнительные препятствия: доступность более дешевых ресурсов биомассы (отходы и остатки), а также высокие первоначальные затраты (при отсроченных доходах) на закладку древесных плантаций.

Во многих странах-членах ЕС в настоящее время налицо недостаток (или даже отсутствие) спроса со стороны конечного потребителя, а также отсутствие рыночной инфраструктуры биотоплива. Общественное сопротивление по отношению к генетически модифицированным организмам (ГМО) также представляет собой существенное препятствие на пути использования технологий генной инженерии для повышения урожайности "энергетических" сельскохозяйственных культур с целью сокращения применения химических пестицидов и гербицидов и снижения расходов на их использование.

3.4. Перспективы использования сельскохозяйственных культур для целей энергетики

В настоящее время существуют значительные объемы биомассы в виде остатков и отходов сельскохозяйственного производства, которые могут быть использованы для целей энергетики. Однако их недостаточно для достижения поставленных целей. Поэтому следует направить инвестиции на поощрение и поддержку производства биомассы. Доходы фермеров постоянно снижаются, что вынуждает многих из них оставлять занятия сельским хозяйством, а это, в свою очередь, порождает сокращение занятости сельского населения и ухудшение экономических показателей сельских регионов. Выращивание сельскохозяйственных культур для производства биомассы для энергетики может способствовать разрешению указанных проблем. Однако это потребует существенной поддержки со стороны общества, в том числе выделения грантов, введения налоговых льгот и прочих мер, стимулирующих фермеров и других представителей делового мира инвестировать средства в эту сферу.

3.5. Исследования в сфере использования сельхозкультур для энергетики

В настоящее время накоплены значительные объемы научной информации об особенностях выращивания и урожайности большей части ключевых с точки зрения биоэнергетики сельскохозяйственных культур. Активный обмен информацией и практическим опытом между странами-членами ЕС осуществляется в рамках Сетей и Программ совместных действий, включаемых в Рамочные программы научных исследований и разработок. Финансируется также ряд демонстрационных проектов, тематика которых охватывает всю технологическую цепочку, начиная с выращивания, уборки, хранения и заканчивая первичной переработкой сырья.

Ключевыми проблемами исследований и разработок в области использования сельскохозяйственных культур для целей энергетики в настоящее время являются:

l исследование долгосрочной эффективности использования сельскохозяйственных культур для производства энергии с учетом климатических условий, присущих странам-членам Европейского Союза, в том числе с учетом чувствительности растений к особым климатическим явлениям (заморозки, засухи, ураганы и т.п.), на основе сжатых и четких данных о расходах и урожайности за ряд предшествующих лет;

l исследование влияния на окружающую среду удаления отходов и остатков в результате их переработки в биомассу с последующим использованием для энергетических целей, а также полученной выгоды от применения их в качестве добавок к удобрениям;

l идентификация и борьба с существующими и потенциальными вредителями и болезнями сельскохозяйственных культур посредством выведения и культивирования сортов с повышенной сопротивляемостью и использования преимущественно интегрированных, а не химических методов борьбы с вредителями;

l разработка уборочного и послеуборочного оборудования, процедур и рынков, связывающих демонстрационные участки земли (делянки) и оборудование для конечного использования биомассы, то есть с энергетическими объектами.

Повсюду в Европейском Союзе инициируются мероприятия, направленные на расширение насаждений сельскохозяйственных культур, которые предназначены для производства биомассы, используемой для целей энергетики. Например, в Великобритании "Программа энергетических сельскохозяйственных культур" выделяет гранты на создание лесных участков, предназначенных для вырубки, закладку плантаций Miscanthus ("родственник" сахарного тростника, дающий хороший урожай даже в условиях умеренного климата). В рамках этой программы осуществляется также финансирование половины расходов на проведение работ по созданию и эксплуатации предназначенных для вырубки (под производство "энергетической" биомассы) лесных участков. Чтобы получить разрешение на проведение такого рода работ, фермер должен взяться выращивать лес на участке площадью не менее 3 га и заключить соглашение на поставку вырубаемой древесины производителю энергии, расположенному на приемлемом расстоянии от участка.

4. Производство тепловой и электрической энергии из биомассы

4.1. Современное состояние

Большая часть биомассы и отходов, повсеместно используемых во всем мире, сжигаются с различной эффективностью для приготовления пищи, обогрева жилища, промышленного производства тепловой и электрической энергии. Фактически паровые котлы широкого спектра мощностей (от небольших до многомегаваттных), работающие на биомассе, распространены в настоящее время во всем мире и используются в жилищном хозяйстве, на фермах, в школах, местах проведения досуга, а также коммерческих и промышленных компаниях. В некоторых странах ЕС, особенно в Австрии, во многих домах для целей местного отопления практически в каждом помещении имеется небольшая печь. Однако более крупное оборудование обладает большей эффективностью за счет экономии, обусловленной масштабами производства энергии, и с успехом используется для централизованного производства тепловой энергии и распределенного ее использования в пределах некоторого района. Такие схемы характерны, например, для скандинавских стран. В то время как в Великобритании ощутимая поддержка производства электрической энергии с использованием неископаемых ресурсов стимулировала строительство электростанций, для которых первичным источником энергии служат лесоматериалы, получаемые в результате периодической вырубки специально для этой цели засеваемых лесных участков, и древесные отходы.

В настоящее время в Европейском Союзе большая часть оборудования, предназначенного для производства тепловой (от 5 МВт до 65 МВт) и электрической (от 1 МВт до 35 МВт) энергии, работает на отходах, а не на специально выращиваемых для целей энергетики растениях. Топливо часто имеет смешанное происхождение: биомассу комбинируют с ископаемыми видами топлива. Типичная теплоэлектростанция может использовать только солому или древесную щепу либо промежуточные или побочные продукты промышленного производства, такие, например, как опилки или куриный помет. Некоторые энергогенераторы производят только тепловую энергию для промышленного использования, другие – только электрическую. Однако станции, обладающие наибольшим коэффициентом полезного действия, комбинируют производство электроэнергии с регенерацией и утилизацией тепла, чаще всего для использования в местном теплообеспечении. В подходах к энергообеспечению с использованием биомассы находит свое отражение объединение национальной политики с соответствующим законодательством, ценами на топливо, а также возможностями использования тепла, что, в свою очередь, определяет месторасположение электростанции с учетом местных климатических условий.

4.2. Энерготехнологии, основанные на сжигании топлива

Сжигание представляет собой полное окисление горючего, в результате чего образуется углекислый газ и вода. При сжигании твердого топлива, содержащего неорганические компоненты, образуется зола. Другие небольшие включения, такие как сера и азот, "вносят свой вклад" в формирование загрязнителей атмосферного воздуха. Уровень содержания таких компонентов зависит от физической формы и состава используемого топлива, а также от способа его сжигания. В традиционных простых стационарных печах температура обычно оказывается слишком низкой, а поступление воздуха недостаточным для обеспечения полного сгорания топлива. Это ведет к тому, что в атмосферу попадают несгоревшие вещества, которые образуют смог (дым). Это угольные частицы, капельки смолы, а также различные углеводороды небольшого молекулярного веса. Поступление в атмосферу большого количества таких веществ недопустимо, и поэтому эти эмиссии строго контролируются Европейским Союзом.

Первый (подготовительный) этап технологической цепочки производства энергии из твердой биомассы включает либо раскалывание больших кусков дерева, либо нарезку соломы, либо изготовление окатышей из такого вида твердой биомассы как, скажем, опилки. Обычно на этом этапе осуществляют сушку топлива (например, в атмосфере циркулирующих газообразных продуктов сгорания – так называемых "топочных газов"), чтобы повысить эффективность его горения. С целью повышения коэффициента полезного действия было разработано множество различного типа стационарных и передвижных печей с первичной и вторичной подачей воздуха в различные зоны горения. Альтернативой печам являются системы, в которых топливо вводится в зону движущегося топочного газа, такие, например, как устройства сжигания с циркулирующим кипящим слоем. Такие "продвинутые" системы, основанные на последних достижениях науки и техники, могут работать с использованием широкого спектра видов топлива. Нагретые до высокой температуры топочные газы служат источником тепла, которое следует утилизировать для дальнейшего использования в теплообменниках. Чаще всего в последних в качестве среды, передающей тепло, используется вода, которая, нагреваясь под высоким давлением, преобразуется в пар. Хотя в системах малой мощности в качестве агента-теплоносителя, переносящего тепло, может применяться воздух либо минеральное или даже растительное масло.

Последние стадии технологического процесса полного сжигания включают удаление, рециркуляцию и обезвреживание образующейся в процессе горения золы, очистку топочных газов и специальную обработку воды, используемой в теплообмениках. Вода может использоваться в паровых котлах (бойлерах) для местного теплоснабжения, а также для охлаждения и конденсации отработанного пара на выходе из турбин электрогенераторов.

4.3. Препятствия технологического характера

Особого внимания заслуживают несколько препятствий технологического характера, возникающих при создании и использовании основанного на сжигании биомассы оборудования любого масштаба – от предназначенного для домашнего использования до рассчитанного на большую (до 50 МВт) мощность. Эти препятствия определяются наличием и доступностью топлива, а также расходами, связанными с его получением и доставкой. Механические топки (стокеры) и системы сжигания топлива (печи), а также паровые котлы (бойлеры), паровые турбины, теплообменники и другое необходимое сопутствующее оборудование широко представлены на современном рынке многими производителями. Однако (чаще всего по параметрам номинальной мощности и экономической эффективности) энергоустановки, использующие биомассу, существенно уступают современным паровым, а тем паче газовым турбинам, работающим на природном газе. Даже если отвлечься от присущего этим турбинам масштабного эффекта (повышение эффективности оборудования, обусловленное ростом его мощности), то существуют и другие факторы, порождающие значительные различия в коэффициентах полезного действия турбин и энергоустановок, работающих на биомассе. Коэффициент полезного действия газовых турбин, особенно работающих в режиме когенерации (совместной генерации электроэнергии и утилизации тепла выхлопных газов), достигает 60%, в то время как для энергоустановок, использующих биомассу, этот показатель колеблется (в зависимости от их мощности) в пределах от 10 до 25%.

Существуют также препятствия технологического характера, связанные с адаптацией энергоустановок к использованию различных видов биомассы и многочисленных вариантов их мнококомпонентных смесей; сжиганием смесей биомассы с ископаемыми видами топлива; очисткой и контролем выбросов топочных газов; обращением с золой, удалением ее и обезвреживанием.

4.4. Препятствия не технологического характера

Основные ограничения на пути инвестирования средств в создание более крупных (по сравнению с уже существующими) энергоустановок, основанных на сжигании биомассы, связаны с сомнениями в их экономической целесообразности, а в некоторых странах – также и со сложившимися у регулирующих органов и общественности ложными стереотипами. Дело в том, что в общественном сознании зачастую современная энергоустановка, использующая биомассу, мало чем отличается от традиционного мусоросжигательнего завода.

Экономические показатели энергоустановок, основанных на сжигании биомассы, улучшаются при наличии возможности одновременной продажи производимой ими тепловой и электрической энергии, а также благодаря плате за удаление и обезвреживание отходов. Когда такая плата отсутствует, эксплуатация энергоустановок, основанных на сжигании биомассы, становится проблематичной, если только не поддерживать их функционирование с помощью тех или иных субсидий.

4.5. Перспективы производства тепловой

и электрической энергии из биомассы

В настоящее время наблюдается сильное влияние национальной политики каждой страны-члена ЕС в отношении возобновляемых источников энергии на принятие решений в области планирования и инвестирования проектов создания и эксплуатации энергоустановок, основанных на сжигании биомассы. Во многих регионах перспективы производства тепловой и электрической энергии из биомассы выглядят весьма радужно. Даже в тех странах, где предпринимаются небольшие усилия в данном направлении, наблюдается рост интереса к таким энергоустановкам. Это потому, что непосредственное сжигание принадлежит к тем немногим технологиям, которые можно внедрить уже сейчас с высокой степенью уверенности в успехе, удовлетворяя к тому же требования, вытекающие из обязательств по снижению углеродсодержащих выбросов.

4.6. Производство электроэнергии из биомассы

Электроэнергия производится, главным образом, на основе использования явления электромагнитной индукции в результате быстрого вращения катушки из провода в магнитном поле. По существу, генератор электроэнергии представляет собой электромотор, работающий в реверсивном режиме. По техническим причинам в больших электрогенераторах катушки обычно делают неподвижными (для чего располагают их на статоре), а ту часть, которая порождает магнитное поле, делают вращающейся (для чего располагают ее на роторе). В зависимости от конструктивных особенностей неподвижного и вращающегося элементов, получают либо постоянный, либо переменный ток. На рынке представлен широкий спектр и тех и других генераторов различной мощности (от единиц киловатт до сотен мегаватт) и необходимого сопутствующего оборудования (контроллеры, регуляторы, электрические цепи, схемы, контуры и пр.).

Наиболее широко распространены трехфазные генераторы переменного тока с приводом от мотора или турбины, называемые первичным двигателем. На электростанциях, действующих на основе сжигания твердой биомассы или отходов, в качестве первичного двигателя обычно применяют паровую турбину, причем ротор генератора переменного тока монтируют на том же валу, что и приводящие его во вращение лопатки паровой турбины, которые вращаются с большой скоростью под воздействием сжатого пара. Существует множество различных вариантов компоновки таких систем, определяющих их эксплуатационные характеристики, производительность и коэффициент полезного действия. Конденсируя отработанный в турбине пар и увеличивая число ступеней использования его энергии по мере падения давления в процессе прохождения через турбину, можно повысить коэффициент полезного действия. Дальнейшее его увеличение возможно в результате повторного использования тепла газов, отработанных в газовой турбине (представляющей собой, по существу, стационарный реактивный двигатель) для производства тепловой энергии. Такая установка является комбинированным устройством, производящим одновременно как электрическую, так и тепловую энергию. Кроме того, тепло отработанных газов может также использоваться для получения пара, приводящего во вращение другую (теперь уже – паровую) турбину, на валу которой посажен ротор второго электрогенератора.

Полный коэффициент полезного действия любого типа электростанции, основанной на сжигании биомассы, существенно возрастает, если отработанное в турбине тепло используется повторно. В такой комбинированной энергоустановке, одновременно производящей электрическую и тепловую энергию, можно нагревать воду либо выходящим из турбины паром, либо за счет тепла, выделяющегося при конденсации пара в теплообменниках. Тепло можно также использовать повторно в системах относительно небольшой мощности путем нагрева воды, используемой для охлаждения двигателей внутреннего сгорания.

5. Перспективы использования биомассы в странах Евросоюза

5.1. Производство тепловой энергии

для потребностей домашнего хозяйства

Промежуточные и побочные продукты промышленного производства сегодня во все больших масштабах используются в домашнем хозяйстве для генерации тепловой и электрической энергии, в качестве средства экономии денег, по мере возрастания расходов на удаление и обезвреживание отходов, а также увеличения цен на ископаемые виды топлива. Следует отметить, что наибольший вклад такого использования промежуточных и побочных продуктов промышленного производства в запасы национальных энергетических ресурсов наблюдается в северных регионах ЕС, что, в частности, проявляется и в использовании "черного ликера" (каустической соды) в производстве древесной массы и бумаги. В других странах-членах Европейского Союза производство тепловой и электрической энергии на основе использования промежуточных и побочных продуктов промышленного производства также возрастает, поскольку становится все более экономически целесообразным применение биомассы для энергообеспечения домохозяйств.

Оценка общего вклада биомассы в запасы национальных энергетических ресурсов, используемых в этом секторе экономики, представляется наиболее сложным делом. Многие люди в процессе ведения своего домашнего хозяйства сжигают некоторые отходы, например, садовые обрезки, собирают или покупают на местах древесину, либо приобретают ее из неизвестных, нефиксируемых и нерегистрируемых источников, в том числе путем использования отходов и остатков в фермерском хозяйстве (например небольшие печи для сжигания соломы). Единственной страной ЕС, предпринявшей согласованные усилия в деле использования небольших дровяных печей и бойлеров для домашнего и коммерческого (в частности в гостиницах) использования является Австрия. Аналогичные примеры существуют и в некоторых землях ФРГ, например в Баварии.

5.2. Ферментативное расщепление (сбраживание) органики

Дания лидирует в Европейском Союзе в деле создания объединенных с бродильными аппаратами энергоустановок, работающих на биогазе, получаемом в результате ферментативного расщепления (сбраживания) органики. В этой стране действуют 15 таких энергоустановок как результат правительственных инициатив, которые помогли решить первоначальные проблемы на пути использования данной технологии. Поэтому в настоящее время эти энергоустановки действуют эффективно и являются вполне рентабельными. Подобные установки построены и введены в эксплуатацию в Италии, где технология получения и использования биогаза нашла широкое применение. Во Франции, Германии и Бельгии построены и действуют крупные бродильные аппараты, перерабатывающие городские сточные воды, бытовые отходы и другие остатки и отбросы. Эксплуатируются также рассеянные по всей Европе небольшие фермерские бродильные аппараты.

5.3. Биогаз с мусорных свалок

В Великобритании наблюдается широкое использование биогаза, добываемого на мусорных свалках. Технология получения и использования такого энергоносителя является полностью коммерциализированной и высокорентабельной. Множество подобных проектов осуществлено при поддержке общественной организации "Обязательство по не ископаемым топливным ресурсам".

Биогаз, образующийся на мусорных свалках, улавливается и утилизируется также в Германии и, в меньших масштабах, в других европейских странах. Широта распространения технологии использования биогаза определяется национальной политикой каждой страны и возможностями использования мусорных свалок для удаления и обезвреживания органических веществ, а эти возможности, в свою очередь, зависят от местных геологических условий и наличия подходящих строительно-монтажных площадок, а также от объема инвестиций в такие альтернативные добыче биогаза подходы как массовое сжигание мусора на свалках.

5.4. Газификация

Технология крупномасштабной газификации биомассы все еще пребывает в стадии разработки, хотя некоторые страны (например Германия и Швеция) использовали в прошлом небольшие установки, в том числе бортовые газификаторы, в качестве источника топлива для транспортных средств. В настоящее время в Италии функционирует газификатор органических отходов. Под эгидой Пятой рамочной программы исследований и разработок стран-членов ЕС осуществляется несколько демонстрационных проектов, объединяющих газификацию и выращивание молодых лесов в режиме краткосрочного "севооборота". Активно работают группы исследователей во многих странах Евросоюза, в том числе в Швеции, Финляндии, Германии, Нидерландах, Италии, Австрии и Великобритании.

5.5. Биомасло и пиролиз

В этой сфере ЕС проявляет повышенную активность в рамках своих научно-технических программ в тесном взаимодействии с Канадой. В частности, в ряде стран-членов Евросоюза (в том числе в Великобритании, Германии, Франции, Финляндии, Нидерландах и Испании) действуют центры исследований и разработок проблем быстрого пиролиза с целью производства жидкого биомасла. Работа этих центров координируется в рамках международной сети PyNe, инициированной и финансируемой ЕС при поддержке Международного энергетического агентства.

Для справки: пиролиз представляет собой процесс разложения органических веществ при высоких температурах (400-1200°С) без доступа воздуха и воздействия химреактивов.

5.6. Метанол и каталитические процессы

Технология производства метанола, аммиака и других химикатов из синтетического газа достаточно отработана, коммерциализирована и высокорентабельна. Однако она предполагает использование ископаемого топлива в качестве исходного сырья и наличие катализаторов. В прошлом ЕС поддерживал проведение интенсивных исследований и разработок в данном направлении, в том числе и осуществление ряда экспериментальных проектов по созданию установок для получения синтетического газа. Однако при существующих ныне экономических условиях и широкой доступности метанола, производимого на крупномасштабных установках, использующих в качестве сырья природный газ, варианту, предполагающему использование синтетического газа, уделяется в последние годы все меньше внимания.

5.7. Биоэтанол

Производство питьевого и технического этилового спирта (этанола) из сахара и крахмала посредством процесса сбраживания представляет собой устоявшуюся отработанную технологию. Во многих странах-членах Евросоюза технический спирт производится из сахарной свеклы (в том числе и из мелассы), а также из пшеницы. Однако, несмотря на то, что непосредственное использование этилового спирта в качестве первичного источника энергии в транспортных средствах стран

Лидия ШЕЙН,
по материалам Biomass: An Energy Resource for the European Union

 
© агенство "Стандарт"