Основы энергосбережения и нетрадиционные источники энергии

верстий, через которые происходит диффузия свалочного газа в трубы, его сбор и утилизация сжиганием в генераторных модулях.

Рис. 2.178. Общий вид полигона ТБО с системой сбора свалочного газа

201

В Республики Беларусь действуют 6 установок по переработке свалочного газа в электроэнергию (например, полигоны Тростенц

(3 мВт) и Северный (5,8 мВт)) (рис. 2.179).

а б

Рис. 2.179. Общий вид оборудования для использования в энергетических целях свалочного (а) полигон Тростенц (3 мВт); (б) Северный (5,8 мВт)

В Республике Беларусь на 01.08.17 г. введено в эксплуатацию 19 биогазовых установок (включая установки на свалочном газе) с общей установленной мощностью 27,4 МВт (диапазон мощностей от 300 кВт до 4,8 мВт).

Органические отходы возможно утилизировать и прямым сжиганием с получением тепловой и электрической энергии (техноло-

гия Waste-to-energy (WtE)). Как видно из рис. 2.180 ТЭЦ функцио-

нирует следующим образом: мусоровозы выгружают отходы в приемный бункер 1, грейферные краны 2 загружают их в питательный бункер 3; под собственной тяжестью они спускаются до питателя 4; отходы перемещаются по решетке 5 (обратно-переталкивающей или горизонтальной); в камере горения 6 энергия, заключенная в отходах, высвобождается в виде горячих газов. Это тепло превращается в перегретый пар в трубах котла, интегрированного с топкой 7. Перегретый пар поступает непосредственно из котла на турбогенератор 8, который преобразует его энергию в электричество. Если поблизости имеется теплосеть или промышленный потребитель тепла, то часть энергии может продаваться непосредственно как тепло в виде пара или горячей воды. Газы горения проходят полную очистку 9 с целью извлечения из них до выброса в атмосферу химических микрозагрязнителей, попадающих из отходов. Шлаки транс-

202

портируются 10 в зону хранения до того, как они утилизируются в качестве подушки при строительстве дорог.

Рис. 2.180. Схема ТЭЦ для сжигания твердых бытовых отходов

Эта технология используется во многих европейских странах (рис. 2.181). Например, в окрестностях г. Вены (Австрия) создано 4 тепловые станции, работающие на промышленных и коммунальных отходах (включая токсичные, медицинские отходы), которые обеспечивают тепловой энергией этот мегаполис. При этом, наиболее крупная тепловая станция находится в центре города (рис. 2.182)

(производство 1,2 млн мВт ч тепловой энергии, 8100 мВт ч электрической энергии). Экологические требования по выбросам в дымовых газах обеспечиваются за счет применения трехступенчатой их очистки. Это значительно удорожает проекты, но позволяет решить много экологических проблем (утилизация отходов, снижение выбросов парниковых газов и др.).

Рис. 2.181. Количество сжигаемых отходов на душу населения (а), количество используемой энергии с каждой тонны отходов (б)

203

В Беларуси в настоящее время обсуждаются проекты строительства мусоросжигающих заводов.

Рис. 2.182. Общий вид тепловой станции г. Вены, работающей на прямом сжигании отходов

2.6.4.Получение биотоплива для транспортных средств

Внастоящее время в качестве органического биотоплива для транспортных средств применяются:

–биоэтанол (производится в основном из сахарного тростник

икукурузы);

–биометанол (из морского фитопланктона);

–биобутанол (C4H10O – бутиловый спирт, из сахарного тростника, свеклы, кукурузы, пшеницы и др.);

–диметиловый эфир (из угля, природного газа, из отходов цел- люлозо-бумажного производства, так и из биомассы).

–биодизель (производится на основе жиров животного, растительного и микробного происхождения, а также продуктов их этерификации (рапсовое, соевое, пальмовое, кокосовое масло).

–биотопливо второго поколения (различное топливо, полученное методами пиролиза биомассы, водорослей и др.).

Наиболее широкое применение во многих странах находит биодизель – метиловый эфир, обладающий свойствами горючего материала и получаемый в результате химической реакции из растительных жиров. Известно, что молекулы жира состоят из так называемых триглицеридов: соединений трехвалентного спирта глицерина

204

с тремя жирными кислотами. Для получения метилового эфира к девяти массовым единицам растительного масла добавляется одна массовая единица метанола (т. е. соблюдается соотношение 9 : 1), а также небольшое количество щелочного катализатора. Все это смешивается в реакторных колоннах при температуре 60 °С и нормальном давлении. В результате химической реакции образуется метиловый эфир и побочный продукт – глицерин, широко используемый в фармацевтической и лакокрасочной промышленности. Как видно из рис. 2.183 технология его производства включает операции отжима семян, например, рапса, с получение масла, его очистка (рафинирование) и смешивание с метанолом. Биодизель может применяться в чистом виде или в смеси с обычным дизелем.

Наряду с биодизелем в мире широко применяется этанол, получаемый из сахарного тростника и других культур.

Можно отметить следующие основные преимущества использования биотоплива:

–растительное происхождение и, как следствие, возобновляемость ресурса (сырья для производства биодизеля);

–практически полный биологический распад (в почве или в воде микроорганизмы за месяц перерабатывают до 99 % биодизеля, поэтому при переводе водного транспорта на биодизельное топливо можно минимизировать загрязнение водных ресурсов);

–уменьшение выбросов СО2 (при сгорании биодизеля выделяется ровно такое же количество углекислого газа, которое было потреблено из атмосферы растением, являющимся исходным сырьем для производства масла, за весь период его жизни);

–малое содержание серы (в биодизеле содержится < 0,001 % при содержании в минеральном дизтопливе < 0,2 %);

–низкое содержание канцерогенного бензола;

–хорошие смазочные показатели (обуславливается химическим составом и наличием кислорода);

–высокая температура воспламенения (более 100 С, что немаловажно при хранении и транспортировке топлива);

–простота организации производства биодизеля.

Основной проблемой в использовании биотоплива является то, что для его производства применяется продукция сельского хозяйства, что может приводить к сокращению продуктов питания. Это в некоторых странах вызывает недовольство населения.

205

Рапсовый

жмых

Сырое рапсовое масло

Дополнительно

купленное сырое Рафинирование рапсовое масло

Жирные

кислоты

Рафинированное рапсовое масло

Метанол Переутерификация

Биодизель

Глицериновая вода

Выпаривание и перегонка

Фармаглицерин

Жирные

кислоты

Рис. 2.183. Технология получения биодизеля

В мире (2016 г.) произведено 135 трлн литров биотоплива, из которого около 100 трлн литров приходится на топливный этанол

206

(74 %). Основные мировые производители биотоплива являются США и Бразилия (рис. 2.184).

Рис. 2.184. Мировое производство биотоплива

В Беларуси налажено производство биодизеля (добавка около 5 % в обычный дизель) на следующих предприятиях: ОАО «Гродно Азот», ОАО «Могилевхимволокно», ОАО «Белшина» и некоторых других (рис. 2.185). Однако широкого применения этот вид топлива в нашей стране не получил, используется в основном сельскохозяйственной техникой.

Рис. 2.185. Производство биодизеля на Гродно Азот

207

2.7. Гибридные системы на основе возобновляемых источников энергии

Гибридная система представляет собой комбинацию двух и больше возобновляемых источников энергии и, возможно, углеводородные источники (дизель-генератор). Гибридные технологии использования ВИЭ являются наиболее перспективными для удаленных потребителей, для которых подключение к общественным сетям требует высоких затрат на прокладку сетей. Кроме этого, так как возобновляемые источники энергии зависят от погоды, для обеспечения бесперебойного питания требуется резервирование. Современные гибридные системы учитывают место расположения потребителя и строятся по модульной схеме с минимальным техническим обслуживанием.

Классификация гибридных систем.

1)По виду общей шины:

–с шиной постоянного тока (DC):

–с шиной переменного тока (АС);

–с шиной АС/DC.

2)По конфигурации системы:

–последовательная система;

–переключаемая система;

–параллельная система.

Гибридная система с шиной постоянного тока (DC), как видно из рис. 2.186, содержит инверторы на ВИЭ, генерирующие переменный ток (ГЭС, ветрогенераторы, дизель-генераторы). К шине постоянного тока подключается аккумулятор. При наличии потребителей переменного тока, система содержит дополнительный инвертор постоянного тока.

Гибридная система с шиной переменного тока (АC) содержит инвертор на генерируемую фотоэлектрическую энергию (рис. 2.187). Источники переменного тока могут подключаться к шине напрямую или через инвертор (повышение напряжения и обеспечение необходимого качества переменного тока). Для зарядки системы аккумуляторных батарей и при наличии потребителей постоянного тока ставится дополнительный инвертор.

208

Рис. 2.186. Гибридная система с шиной постоянного тока (DC)

Рис. 2.187. Гибридная система с шиной переменного тока (АC)

В гибридной системе с последовательным соединением (рис. 2.188), как следует из названия, источники энергии, батарея и нагрузка со-

209

единяются последовательно. Система содержит необходимое количество инверторов и систему управления и контроля. Достоинства: наиболее простая схема. Недостаток: выход из строя инвертора приведет к потере напряжения на нагрузке.

Рис. 2.188. Гибридная система с последовательным соединением

Гибридная система с переключением источников напряжения (рис. 2.189) содержит систему переключателей, обеспечивающий подключение к аккумуляторам двух или одного источника напряжения, а также их подключение непосредственно к нагрузке. Достоинства: оба источника могут подключаться непосредственно к нагрузке. Недостаток: более сложная система управления.

Рис. 2.189. Гибридная система с переключением источников напряжения

210