Главная Обратная связь

Дисциплины:






Біохімічні методи переробки біомаси



Анаеробне розкладання – процес одержання енергії з біомаси мікроорганізмами (анаеробними бактеріями) під час відсутності або при недоліку кисню та світла. Корисний енергетичний продукт цього процесу -біогаз.

Біогаз - суміш вуглекислого газу (СО2) і метана (СН4). Енергетична ефективність процесу спалювання біогазу може досягати 60-90 % ефективності спалювання сухого вихідного матеріалу.

Основне рівняння, що описує процес анаеробного розкладання біомаси (на прикладі целюлози) має такий вигляд

 

С6Н10О52О=3СО2+3 СН4

 

Біогазогенератор - пристрій, у якому реалізується процес переважного одержання СН4 за допомогою анаеробного розкладання вихідної біомаси.

У світі експлуатується 8 млн. установок для одержання біогазу (рис. 4.3).

1 – ферма; 2 – прийомник; 3 – насос; 4 – метатенк; 5 – газгольдер; 6 – теплообмінник; 7 – котел; 8 - переробний залишок

Рисунок 4.3 – Установки для промислової переробки відходів

 

Спиртова ферментація - процес одержання етилового спирту в якості енергетичного продукту. Етиловий спирт (етанол) С2Н5ОН - летюче рідке паливо, яке можна використовувати замість бензину. В природних умовах етанол утворюється із цукрів відповідними мікроорганізмами в кислому середовищі (рН від 4 до 5).

С12Н22О112О=4С2Н5ОН+4СО2

Біоетанол – технологічно ефективне паливо та екологічно чистий продукт.

 

 

Агрохімічні методи переробки біомаси

Екстракція палив - процес одержання рідких або твердих палив прямо від рослин або тварин.

Сьогодні доцільним є спосіб одержання агрохімічних палив, що заснований на культивуванні спеціалізованих мікроводоростей.


РОЗДІЛ 5

ГІДРОЕНЕРГЕТИКА

Використання енергії потоків води теж відоме віддав­на. Досвід багатьох країн доводить, що використання потен­ціалу малих річок на малих та мікро-ГЕС допомагає виріши­ти проблему поліпшення енергопостачання численних споживачів. Найбільш ефективні малі ГЕС, створені на існуючих гідротехнічних спорудах. В Україні налічується понад 63 тис. малих річок. Їх гідроенергетичний потенціал складає 30% від загального технічного потенціалу всіх річок України. На території України незадіяні ресурси гідроенергії менші від ресурсів енергії вітру, але цінні нижчими затратами та мож­ливістю регулювання часу вироблення електроенергії.
Мала ГЕС в Європі споруджується за 8—10 місяців, тер­мін її окупності 3—4 роки.

Досвід деяких держав свідчить, що освоєння потенціалу малих річок з використанням малих ГЕС і міні-ГЕС допомагає вирішити проблему поліпшення енергопостачання. Найбільш ефективними є малі ГЕС, які будуються на наявних гідротехнічних спорудах. Устаткування для малих ГЕС до сьогодні виробляють численні фірми США, Японії, Швеції, Швейцарії. Франції, Австрії, Великої Британії. Виробництво такого устаткування розпочато і в державах Східної Європи. Стандартизоване устаткування для малих ГЕС виробляється в широкому діапазоні параметрів: потужність - від 2 до 15000 кВт; діаметр робочого колеса турбіни - від 190 до 3000 мм, частота обертання від 50 до 2000 об./хв., напір - від 1 до 1000 м, витрати води - від 0,0 і до 0,75 м/с. Серйозну увагу приділяють підвищенню економічної ефективності малих ГЕС за рахунок спрощення їх проектування, будівництва та експлуатації, типізації проектних рішень, стандартизації устаткування та повної автоматизації роботи ГЕС. Енергетичні установки використовують, як правило, потенціальну або кінетичну енергію річок.



 

Будівництво міні-ГЕС виявилося дуже дорогим порівняно з іншими видами гідроелектростанцій. Нижче наводяться деякі технічні та фінансово-економічні показники діючих міні-ГЕС держав ЄС (див. табл. 5.1).

Таблиця 5.1 - Техніко-економічні показники міні-ГЕС держав ЄС

Держава Потужність, МВт Перепад висоти, м Витрати води, м3/c Вартість проекту, дол. США Період окупності, рік
Франція 0,2 0,4 50 тис.
Німеччина 3,1 2,6 16 млн. 10,4
Греція 3,75x3 41 млн. 9,5
Велика Британія 0,6 100 тис.

 

Зіставити вартості електроенергії міні-ГЕС дуже важко, оскільки вартість виробленої електроенергії залежить від таких факторів:

- місце будівництва та трудовитрати па будівництво;

- багатофункціональність інженерних споруд (дамба та інші гідротехнічні споруди можуть дути головними об'єктами для зрошування, водопостачання району і тільки в другу чергу для міні-ГЕС);

- умови фінансування;

- вплив на довкілля та соціальні умови;

- потужність турбіни.

Через зазначені причини вартість електроенергії змінюється в кожній місцевості. Однак слід зазначити, що вартість електроенергії, виробленої на міні-ГЕС, майже в 10 разів вища, ніж вироблена на гідротурбінах великої потужності, і становить від 4,6 цента за 1 кВт·год і більше.

Чиста технологія вироблення електроенергії є основою зниження викидів CО2 та інших техногенних сполук.Слід зазначити, що негативний вплив на довкілля, характерний для великих ГЕС (порушення теплового, гідравлічного та кліматичного стану місцевості), не характерний для міні-ГЕС, які використовують природні водяні напори без необхідності будівництва масштабних гідротехнічних споруд.

В Україні нараховується понад 63 тис. малих річок і водотоків загальною довжиною 135,8 тис. км, з них близько 60 тис. (95%) - дуже малі (довжина менше ніж 10 км), їхня сумарна довжина - 112 тис. км, тобто середня довжина такого водотоку - 1,9 км. Більшість малих річок довжиною менше ніж 10 км мають площу водозбору від 20,1 до 500 км (87% всієї кількості і 72% всієї довжини малих річок України). Малих річок з площею водозбору від 50,1 до 100 км2 нараховується 890 (28% всієї кількості), а 797 річок (25%) мають площу водозбору 20,1-50 км2.

Основною гідрологічною характеристикою є середній багаторічний стік, або норма річного стоку. Найбільшою водоносністю відрізняються річки Карпат, стік яких значною мірою залежить від висоти басейна.При використанні енергетичних ресурсів малих річок велике значення має стан льодоставу на річках взимку. Це особливо важливо для мікро-ГЕС, які використовують кінетичну енергію потоку річок. Гідроенергетичний потенціал малих річок України наведено в табл. 5.2.

Таблиця 5.2 – Гідроенергетичний потенціал малих річок України

Басейн Гідроенергетичні ресурси, млн. кВтSгод/рік Технічний гідро потенціал, млн. кВт·год/рік
Південний Буг 10,6
Дністер
Тиса
Серет
Прут
Річки Криму
Інші малі річки в басейнах Дніпра, Сіверського Дінця, Південного Бугу
Всього

 

З початку 20-х років в Україні нараховувалося 84 гідроелектростанції загальною потужністю 4000 кВт, а наприкінці 1929 року - вже 150 станцій загальною потужністю 8400 кВт, серед них Вознесенська (840 кВт), Бузька (570 кВт), Сутиська (1000 кВт) та ін. 1934 року було введено в експлуатацію Корсунь-Шевченківську ГЕС (2650 кВт), яка за своїми технічними показниками була однією з найкращих станцій того часу. У післявоєнний період електрифікація сільського господарства теж ґрунтувалася на збільшенні потужностей та поліпшенні техніко-економічних показників малих електростанцій.

На початку 50-х років кількість збудованих малих гідроелектростанцій в Україні становила 956 із загальною потужністю 30 тис. кВт. Однак через розвиток централізованого електропостачання та стійку тенденцію до концентратів виробництва електроенергії на потужних тепло- та гідростанціях будівництво малих ГЕС було зупинено. Почалась їх консервація, демонтаж, сотні малих ГЕС було зруйновано. Сьогодні в Україні збереглося всього 48 малих гідроелектростанцій, більшість яких потребує реконструкції. Напрямок розвитку малої гідроенергетики України:

- оновлення та реконструкція наявних і діючих міні-ГЕС;

- будівництво нових міні-ГЕС в районах децентралізованого енергопостачання;

- будівництво міні-ГЕС в регіонах централізованого енергопостачання на наявних перепадах водосховищ та водотоків;

- нове будівництво з концентрацією напору.

Мала енергетика України через її незначну питому вагу (0,2%) в загальному енергобалансі не може суттєво впливати на умови енергозабезпечення країни. Однак експлуатація малих ГЕС дає можливість виробляти близько 250 млн. кВт·год електроенергії за рік, що еквівалентно щорічній економії до 75 тис. т дефіцитного органічного палива.

Гідроенергетика використовує енергію падаючої води. Ця енергія перетвориться в механічну енергію в гідротурбіні й в електричну в гідрогенераторі. Потужність, що віддається падаючою водою турбіні:

(5.1)

 

де r=103 кг/м3- щільність води,

g=9,81 м/с2- прискорення сили вагитяжіння,

витрата води, м3/с ,

висота падіння води, м.

Втрати при цьому перетворенні невеликі і затрачаються тільки на видалення води з турбіни. К.К.Д. сучасних гідротурбін досягає 90%.

При визначенні гідроенергетичного потенціалу місцевості, району, області річний виробіток електроенергії ГЕС може скласти

(5.2)

где стік опадів, що випадають, у річки, %, і ріки, на яких можливе будівництво гребель, %, відповідно,

перепад висот, мінімальної над рівнем моря і розрахункової, розташованої на висоті 100...3 турбіни і генератора,00 м над нею, м,

-ККД турбины и генератора,

річний стік з розрахункової площі,

(5.3)

розрахункова площа території, розташованої на висоті 100...300м над мінімальною висотою,

річна кількість опадів, м,

Умовами доцільності використання гідроенергії в даній місцевості є:

- досить великий річний стік і перепад висот не менш 250...300м; при меншому перепаді висот нераціонально зростають площі затоки території при створенні водоймищ,

- річний рівень опадів не менше 0,4 м,

- рівномірне розподілом опадів протягом року, що

- підходить рельєф місцевості і наявність місць для водоймищ.

Гідротурбіни розділяються на реактивні й активні.

Робоче колесо реактивної турбіни цілком занурено у воду й обертається за рахунок різниці тисків до і після колеса, рис.5.1.

 

1- русло ріки, 2- природний водоспад, 3- ґрати, 4- водовод (канал), 5- направляючий апарат, 6- гідротурбіна, 7- гідрогенератор у будинку ГЕС.

 

Рисунок 5.1 - Дериваційна гідроелектростанція з реактивною гідротурбіною поблизу природного водоспаду

Реактивна турбіна може працювати при реверсуванні генератора як насос (гидроаккумулирующие станції).

Прикладом реактивної турбіни є пропелерна гідротурбіна з вертикальним валом з осьовим напрямком потоку.

Ця турбіна найбільш компактна і тому одержала найбільше поширення. Недоліком турбіни є великий перепад тисків при русі рідини в ній через те, що потік ізольований від атмосфери стінками направляючого апарата. З цієї причини мінімальний тиск води значно менше атмосферного і навіть може виявитися менше тиску насичених парів води. У потоці утворяться пухирці пари - виникає кавітація. При набегании потоку на колесо турбіни тиск у потоці різко зростає, пухирці схлопываются. Виникають великі тиски, що можуть викликати руйнування турбіни. Це явище підсилюється зі збільшенням швидкості потоку і напору. Тому вертикально-осьові турбіни використовуються в основному при низьких напорах.

Робоче колесо активної гідротурбіни, рис. 5.2, обертається в повітрі натікає на його лопаті потоком води, тобто кінетичною енергією цього потоку.

1- русло ріки, 2- штучний водоспад, 3- колесо гідротурбіни, 4- гідрогенератор у будинку ГЕС

 

Рисунок 5.2 - Гідроелектростанція з активною гідротурбіною на штучному водоймищі

 

 

Найбільші ГЕС у світі:

Гури- Венесуела- ріка Карони-10.300.000 квт-20 турбін-1986р.

Итайпу- Бразилі-парагва-ріка Парана -7.000.000 квт - 10 турбін-1988р.

Гранд-Лантухи -США - ріка Колумбія-6.480.000 квт -33 турбіни -1980р.

Саяно-Шушенская - Росія - ріка Єнісей- 6.400.000 квт-1985р.

Красноярська - Росія - ріка Єнісей- 6.000.000- 12 турбін -1971р.

 





sdamzavas.net - 2019 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...