Системы отопления на биомассе генерируют тепло из биомассы . Системы могут использовать прямое сжигание , газификацию , комбинированное производство тепла и электроэнергии (ТЭЦ), анаэробное сбраживание или аэробное сбраживание для производства тепла. Отопление на биомассе может быть полностью автоматизированным или полуавтоматическим, они могут работать на пеллетах или могут быть комбинированными системами отопления и электроэнергии.
Существует четыре основных типа систем отопления, использующих биомассу для нагрева котла. Типы отопления на биомассе: полностью автоматизированное, полуавтоматическое, на пеллетах и комбинированное тепло- и электроснабжение.
В полностью автоматизированных системах измельченная или измельченная биомасса подается в котел по конвейерам с регулируемой скоростью. Эта скорость регулируется компьютерным управлением для поддержания давления и температуры внутри котла. Полностью автоматизированные системы предлагают большую простоту в эксплуатации, поскольку они требуют только от оператора системы управления компьютером. [1] [2]
Полуавтоматические системы или системы «Surge Bin» очень похожи на полностью автоматизированные системы, за исключением того, что для поддержания их работоспособности требуется больше рабочей силы. Они имеют меньшие резервуары для хранения и гораздо более простые конвейерные системы, которые потребуют персонала для поддержания работы систем. Причиной изменений по сравнению с полностью автоматизированной системой является эффективность системы. Тепло, создаваемое камерой сгорания, может использоваться для непосредственного нагрева воздуха или для нагрева воды в системе котла, которая действует как среда, посредством которой передается тепло. [3] Котлы на дровах наиболее эффективны, когда они работают на максимальной мощности, и тепло, требуемое большую часть дней в году, не будет пиковым потреблением тепла в течение года. Учитывая, что система должна будет работать на высокой мощности только несколько дней в году, она сделана так, чтобы соответствовать требованиям в течение большей части года, чтобы поддерживать свою высокую эффективность. [2]
Третий основной тип систем отопления на биомассе — это системы, работающие на пеллетах . Пеллеты — это переработанная форма древесины, что делает их более дорогими. Хотя они и дороже, они гораздо более уплотнены и однородны, и поэтому более эффективны. Кроме того, относительно легко автоматически подавать пеллеты в котлы. В этих системах пеллеты хранятся в силосе для хранения зерна, а для их перемещения в котел используется гравитация. Требования к хранению намного меньше для систем, работающих на пеллетах, из-за их уплотненной природы, что также помогает сократить расходы. Эти системы используются для самых разных объектов, но они наиболее эффективны и экономичны для мест, где пространство для хранения и конвейерных систем ограничено, и где пеллеты производятся довольно близко к объекту. [2]
Одной из подкатегорий пеллетных систем являются котлы или горелки, способные сжигать пеллеты с более высокой зольностью (бумажные пеллеты, пеллеты из сена, пеллеты из соломы). Одним из таких видов является пеллетная горелка PETROJET с вращающейся цилиндрической камерой сгорания. [4] С точки зрения эффективности современные пеллетные котлы могут превосходить другие формы биомассы из-за более стабильных характеристик топлива. Современные пеллетные котлы могут даже работать в конденсационном режиме и охлаждать дымовые газы до 30-40°C вместо 120°C перед отправкой в дымоход. [5]
Комбинированные системы тепло- и электроснабжения являются очень полезными системами, в которых древесные отходы, такие как щепа , используются для выработки электроэнергии, а тепло создается как побочный продукт системы выработки электроэнергии. Они имеют очень высокую стоимость из-за работы под высоким давлением. Из-за работы под высоким давлением необходимость в высококвалифицированном операторе является обязательной, и это увеличит стоимость эксплуатации. Другим недостатком является то, что, вырабатывая электроэнергию, они будут вырабатывать тепло, и если выработка тепла нежелательна в определенные периоды года, необходимо добавить градирню, что также увеличит стоимость.
Существуют определенные ситуации, когда ТЭЦ является хорошим вариантом. Производители изделий из древесины будут использовать комбинированную систему отопления и электроэнергии, поскольку у них большой запас древесных отходов и потребность как в тепле, так и в электроэнергии. Другие места, где эти системы были бы оптимальны, — это больницы и тюрьмы, которым нужна энергия и тепло для нагрева воды. Эти системы рассчитаны на то, чтобы производить достаточно тепла для соответствия средней тепловой нагрузке, так что не требуется никакого дополнительного тепла, и не нужна градирня. [2]
Использование биомассы в системах отопления выгодно, поскольку оно использует сельскохозяйственные, лесные, городские и промышленные отходы и отходы для производства тепла и/или электроэнергии с меньшим воздействием на окружающую среду , чем ископаемое топливо. [6] Этот тип производства энергии имеет ограниченное долгосрочное воздействие на окружающую среду, поскольку углерод в биомассе является частью естественного углеродного цикла ; в то время как углерод в ископаемом топливе не является, и постоянно добавляет углерод в окружающую среду при сжигании в качестве топлива ( углеродный след ). [7] Исторически, до использования ископаемого топлива в значительных количествах, биомасса в виде древесного топлива обеспечивала большую часть отопления человечества.
Поскольку лесная биомасса обычно получается из древесины, которая имеет более низкую коммерческую ценность, лесная биомасса обычно собирается как побочный продукт других операций по заготовке древесины. Отопление биомассой обеспечивает рынки для древесины более низкой ценности, что позволяет вести здоровое и прибыльное лесоуправление. [ необходима цитата ]
В больших масштабах использование сельскохозяйственной биомассы исключает сельскохозяйственные земли из производства продовольствия , снижает способность лесов, которые не управляются устойчиво, поглощать углерод , и извлекает питательные вещества из почвы. Сжигание биомассы создает загрязнители воздуха и добавляет значительные количества углерода в атмосферу, которые могут не возвращаться в почву в течение многих десятилетий. [8] Временная задержка между сжиганием биомассы и временем, когда углерод извлекается из атмосферы по мере роста растения или дерева, чтобы заменить его, известна как углеродный долг. Концепция углеродного долга является предметом дискуссий. Фактическое воздействие углерода может зависеть от философии, масштаба урожая, типа земли, типа биомассы (например, трава, кукуруза, новая древесина, древесные отходы, водоросли), типа почвы и других факторов. [9]
Использование биомассы в качестве топлива приводит к загрязнению воздуха в виде оксида углерода , NOx (оксидов азота), ЛОС ( летучих органических соединений ), твердых частиц и других загрязняющих веществ, в некоторых случаях на уровнях, превышающих те, которые выделяются традиционными источниками топлива, такими как уголь или природный газ. [10] [11] Черный углерод — загрязняющее вещество, образующееся при неполном сгорании ископаемого топлива, биотоплива и биомассы — возможно, является вторым по величине фактором, способствующим глобальному потеплению. [12] В 2009 году шведское исследование гигантской коричневой дымки, которая периодически покрывает большие площади в Южной Азии, определило, что она в основном была произведена сжиганием биомассы и в меньшей степени сжиганием ископаемого топлива. [13] Исследователи измерили значительную концентрацию 14 C , которая связана с недавней жизнью растений, а не с ископаемым топливом. [14] Современные устройства для сжигания биомассы значительно сокращают вредные выбросы с помощью передовых технологий, таких как системы кислородной подстройки. [15]
При сгорании углерод из биомассы выбрасывается в атмосферу в виде углекислого газа (CO 2 ) . Количество углерода, хранящегося в сухой древесине, составляет приблизительно 50% по весу. [16] При использовании в качестве топлива из сельскохозяйственных источников растительное вещество может быть заменено посадками для нового роста. При использовании биомассы из лесов время на повторное улавливание хранящегося углерода обычно больше, а способность леса хранить углерод может быть в целом снижена, если применяются разрушительные методы лесного хозяйства. [17] [18] [19] [20]
Предложение о том, что лесная биомасса является углеродно-нейтральной, выдвинутое в начале 1990-х годов, было заменено более поздней наукой, которая признает, что зрелые, нетронутые леса поглощают углерод более эффективно, чем вырубленные участки. Когда углерод дерева выбрасывается в атмосферу за один импульс, он вносит гораздо больший вклад в изменение климата, чем лесная древесина, медленно гниющая в течение десятилетий. [21] Некоторые исследования показывают, что «даже через 50 лет лес не восстановился до своего первоначального запаса углерода» и «оптимальной стратегией, вероятно, будет защита стоящего леса». [22] Другие исследования показывают, что запас углерода зависит от леса и использования собранной биомассы. Леса часто управляются для деревьев разного возраста с более частыми, мелкими сборами зрелых деревьев. Эти леса взаимодействуют с углеродом иначе, чем зрелые леса, которые вырубаются целиком. Кроме того, чем эффективнее преобразование древесины в энергию, тем меньше древесины используется и тем короче будет углеродный цикл. [23]
Рост цен на нефть с 2003 года и последующий рост цен на природный газ и уголь увеличили ценность биомассы для выработки тепла. Лесные отходы, сельскохозяйственные отходы и культуры, выращенные специально для производства энергии, становятся конкурентоспособными по мере роста цен на энергоемкие ископаемые виды топлива. Усилия по развитию этого потенциала могут иметь эффект восстановления неправильно управляемых пахотных земель и стать шестеренкой в колесе децентрализованной, многомерной отрасли возобновляемой энергии . Усилия по продвижению и развитию этих методов стали обычным явлением во всем Европейском союзе в 2000-х годах. В других регионах мира неэффективные и загрязняющие средства для выработки тепла из биомассы в сочетании с ненадлежащей практикой ведения лесного хозяйства значительно усугубили ухудшение состояния окружающей среды .
{{cite journal}}: CS1 maint: дата и год ( ссылка )