Биотопливо. Что это? Плюсы и минусы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки

российской федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Национальный исследовательский ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

Институт информационных технологий и

Автоматизированных систем управления

КАФЕДРА ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ И МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

Реферат

на тему: «Биотопливо. Что это? Плюсы и минусы.»

Студент Нуриахметов И.А.

ГруппаМИ-12-3

Руководитель практикиШамаро Л.А.

Москва 2014

Содержание

• Введение
• 1. Политика энергосбережения
• 2. Практика в МИСиС
• 3. Новый вид топлива - Биотопливо
• 4. Биотопливо в России
• 5. Производство биотоплива. Плюсы и минусы биотоплива
• 5.1 Газообразное биотопливо - биогаз
• 5.2 Твердое биотопливо - дрова
• 5.3 Жидкое биотопливо - биоэтанол
• Вывод
• Список использованной литературы
• Введение
• Мы живем в мире, который формируется на наших глазах высоким техническим прогрессом. В связи с увеличением потребления энергоресурсов, перед человечеством встает острый вопрос энергосбережения, так как большинство этих ресурсов ограничены. Возобновляемые же ресурсы требуют длительное время для восстановления. Экологическое состояние нашей окружающей среды также диктует нам условия выбора наиболее экологичного энергоресурса. Как рационально использовать имеющиеся ресурсы, и какие альтернативы ждут в будущем ныне использующихся ресурсов - это два важнейших глобальных вопроса.
• 1. Политика энергосбережения
• На сегодняшний день Министерствами Энергетики различных стран разрабатываются проекты по повышению энергетической эффективности. В частности “Министерством Энергетики РФ в соответствии с 261 законом «Об энергоэффективности», принята федеральная программа повышения энергоэффективности, во всех субъектах РФ разработаны региональные программы энергосбережения.” [7] Основная цель данных программ - решить поставленную Президентом задачу по снижению энергоемкости ВВП на 40% к 2020 году.
• Существуют также и типовые технические мероприятия по энергосбережению, которые проводятся в любых предприятиях, учреждениях:
• 1. Системы освещения
• · Сокращение области применения светильников с лампами накаливания и их замена на светильники с люминесцентными и светодиодными лампами.
• · Замена люминесцентных ламп старой модификации на лампы нового поколения меньшей мощности.
• · Замена электромагнитных пускорегулирующих устройств у люминесцентных ламп на более надежные и экономичные электронные.
• · Окраска стен помещений в светлые тона.
• 2. Системы электроснабжения
• · Сокращение числа личных бытовых приборов (кипятильников, кофеварок, электрочайников и пр.)
• · Оснащение систем электроснабжения системами мониторинга потребления электрической энергии.
• · Увеличение коэффициентов загрузки электроприемников и трансформаторных подстанций и ограничение их холостого хода.
• 3. Системы отопления
• · Составление руководств по эксплуатации, управлению и обслуживанию систем отопления, периодический контроль со стороны руководства учреждения за их выполнением.
• · Оснащение систем отопления приборами учета.
• · Автоматизация систем теплоснабжения зданий путем установки индивидуальных тепловых пунктов (ИТП).
• · Снижение тепловых потерь тепла через оконные проемы путем установки третьего стекла или пленки ПВХ в межрамном пространстве окон.
• · Улучшение тепловой изоляции стен, полов, чердаков.
• · Снятие декоративных ограждений с радиаторов отопления и установка теплоотражателей за радиаторами.
• 4. Системы горячего водоснабжения
• · Составление руководств по эксплуатации, управлению и обслуживанию систем горячего водоснабжения, периодический контроль со стороны руководства учреждения за их выполнением.
• · Снижение потребления за счет оптимизации расходов и регулирования температуры.
• · Оснащение систем горячего водоснабжения счетчиками расхода горячей воды.
• · Применение экономичной водоразборной арматуры.
• · Сокращение расходов и потерь воды.
• · Установка счетчиков расхода воды.
• · Применение частотного регулирования насосов систем водоснабжения.
• · Применение экономичной водоразборной арматуры.
• 5. Системы вентиляции
• · Замена устаревших вентиляторов с низким КПД на современные с более высоким КПД.
• · Отключение вентиляционных установок во время обеденных перерывов и в нерабочее время.
• · Применение блокировки вентилятора воздушных завес с механизмами открывания дверей.
• · Применение частотного регулирования скорости вращения.
• · Применение устройств автоматического регулирования и управления вентиляционными установками в зависимости от температуры наружного воздуха.
• 6. Системы кондиционирования
• · Включение кондиционера только при необходимости.
• · Исключение перегрева и переохлаждения воздуха в помещениях.
• · Поддержание в рабочем состоянии регуляторов, поверхностей теплообменников и оборудования.
• 7. Котельные
• · Составление руководств и режимных карт эксплуатации, управления и обслуживания оборудования и периодический контроль со стороны руководства учреждения за их выполнением.
• · Поддержание оптимального коэффициента избытка воздуха и хорошего смешивания его с топливом.
• · Установка водяного поверхностного экономайзера за котлом.
• · Применение за котлоагрегатами установок глубокой утилизации тепла, установок использования скрытой теплоты парообразования уходящих дымовых газов (контактный теплообменник).
• · Повышение температуры питательной воды на входе в барабан котла.
• · Подогрев питательной воды в водяном экономайзере.
• · Содержание в чистоте наружных и внутренних поверхностей нагрева котла.
• · Использование тепловыделений от котлов путем забора теплого воздуха из верхней зоны котельного зала и подачей его во всасывающую линию дутьевого вентилятора.
• · Теплоизоляция наружных и внутренних поверхностей котлов и теплопроводов, уплотнение клапанов и тракта котлов (температура на поверхности обмуровки не должна превышать 550С).
• · Установка систем учета расходов топлива, электроэнергии, воды и отпуска тепла.
• · Автоматизация управления работой котельной.
• · Применение частотного привода для регулирования скорости вращения насосов, вентиляторов и дымососов. [7]
• 2. Практика в МИСиС
• Практику в МИСиС можно разделить на три части. Собственно это те три продуктивных дня, когда у нас были экскурсионные походы по объектам электроснабжения, теплоснабжения и водоснабжения. Что же мы узнали за эти три дня?
• Итак, день первый - поход в РТП 16087 (распределительную трансформаторную подстанцию). Собственность МИСиСа и города. С города подается напряжение 10 кВ по двум лучам (направлениям). Распределяет электричество и МИСиСу, и городу. МИСиС имеет 3 подстанции, из них 2 подстанции имеют по два трансформатора по 1000 кВт, одна подстанция является КТП (комплексной трансформаторной подстанцией), которая так же имеет 2 трансформатора по 1000 кВт. Разрешенная мощность на МИСиС составляет 6850 кВт.
• Второй день - поход по ИТП (индивидуальный тепловой пункт) и ЦТП (центральный тепловой пункт) университета МИСиС. ИТП делается только для одного здания. ЦТП делается на несколько здании. Это комплекс оборудований, который включает себя приемку, эксплуатацию, транспортировку, регулирование и т.д. Посмотрели, как нагревается вода, как циркулирует, какие имеются предохранительные системы. Посмотрели теплоизоляцию, которая позволяет сберечь тепло и соответственно энергию.
• Третий день - поход в насосную станцию водоснабжения студенческого городка «Металлург» подъем на крышу 1-го корпуса на Профсоюзной 83. В станции стоят два насоса, которые поочередно работают. Станция обеспечена современным АСУ. Имеет множество режимов работы. Например, режим минимального расхода. Благодаря внедрению насосной станции с программируемым частотно-регулируемым приводом, потерю воды получилось сократить на 45% по сравнению с 2009 годом. Далее, поднялись на крышу. Там находится котельная и ветряной генератор. Ветрогенератор питает всего один рядом стоящий прожектор на 60 Вт. Для больших мощностей не хватает оборота. Так что нельзя говорить, что такие генераторы практичны, в частности в Москве. В котельной стоят два котла, которые, так же как и насосы, работают поочередно. Стоят современные АСУ. Все изменения фиксируются, передаются в диспетчерскую службу.
• Таким образом, мы наконец-то увидели своими глазами, как обеспечиваются дома электричеством, водой, теплом. Из каких устройств состоят подстанции. Познакомились с принципами работы многих АСУ. Поняли, какую всё-таки важную роль играет автоматизирование в экономии энергии.
• 3. Новый вид топлива - Биотопливо
• Биотопливо - это новый вид топлива, который получается в результате переработки биологического мусора или специально выращенного биологического сырья. Например, такое топливо можно получить в результате переработки стеблей сахарного тростника или семян рапса, кукурузы, сои. Также с помощью применения специальных технологии можно получить биотопливо из целлюлозы и различного типа органических отходов, но эти технологии находятся в ранней стадии разработки или коммерциализации. [6]
• Различается:
• · жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель);
• · твёрдое биотопливо (дрова, солома);
• · газообразное (биогаз, водород).
• Также биотоплива делят на первичные и вторичные. Первичные биотоплива используются в необработанном виде (дрова). Вторичные биотоплива производится путем переработки биомассы (биодизель). Вторичные биотоплива можно разделить на три поколения:
• · первое - биоэтанол или бутанол полученные путем ферментации крахмала (из пшеницы, ячменя, картофеля) сахара (из сахарного тростника, сахарной свеклы и др.);
• · второе - биоэтанол и биодизель, произведенные по традиционным технологиям из крахмала, масла и сахара получаемых из высокотехнологичных культур, таких как ятрофа, маниока или мискантус;
• · третье - биодизель из микроводорослей, биоэтанола из микроводорослей и водорослей. [3]
• Если углубиться в историю, то первым производителем и потребителем этого топлива стала страна Бразилия. После того как приняли ОПЕК, цены в этой стране на черное золото неимоверно возросли, а любая проблема - это некая возможность. Так и Бразилия, ища пути выхода из этого положения, нашла решение проблемы в биоотходе. Вложив много денег в эту новую отрасль, они начали перерабатывать мусор, тем самым с одной стороны улучшили свое экологическое состояние, и вывели страну из кризисного положения. энергосбережение биотопливо биоэтанол газообразный
• Сейчас бразильцы используют до 30 процентов всей биомассы в интересах энергетики. Один гектар специальных плантаций дает там сырье, эквивалентное 28 тоннам нефти. Кроме того, из отходов сахарного тростника и других культур бразильцы получают этиловый спирт, на котором вместо бензина работает два миллиона автомобилей.
• На сегодняшний день биотопливом занимаются многие развитые страны, такие как Япония, США, Канада, Индия, Китай и некоторые государства ЕС. Всего стран, которые активно используют такой вид топлива, начисляется свыше 40. Мировыми центрами производства биотоплива в 2012 году были США, Бразилия и Европейский Союз. Это три самых больших рынка в мире, в 2010 году сконцентрировавшие 85% мирового производства биологического топлива. Самая большая доля пришла на Соединенные Штаты Америки - 48% биотоплива в мире. Самый распространённый вид биотоплива - биоэтанол, его доля составила 82% всего производимого в мире топлива из биологического сырья . Ведущими его производителями были США и Бразилия. На 2-м месте находится биодизель. В Европейском Союзе сосредоточено 49% производства биодизеля. [2]
• 4. Биотопливо в России
• Что касается нашей страны, то мы отстаем от этих стран в области производства биотоплива. Но Россия, благодаря своей уникальной природе и размерам, обладает огромным биологическим потенциалом. По предварительным расчетам, потенциал биоресурсов составляет примерно 5 млрд. тонн в год. Если считать в условных топливах, то эта цифра примерно равна 270 млн. тонн в год. Так, аналитики исследовательской компании Aenergy полагают, что в сегменте ВИЭ (возобновляемых источников энергии) именно биогазовая энергетика является наиболее конкурентоспособной. Её надо развивать как комплексное решение по утилизации отходов, а не в качестве чисто энергетического бизнеса. Речь идет о том, что наибольший потенциал биоэнергетики в РФ заключен в утилизации отходов -аграрно-промышленного, деревообрабатывающего секторов, пищевой промышленности, а также бытовых отходов. Эксперты компании «Системы альтернативной энергетики» оценивают общий технический потенциал биомассы в РФ в 15 000-20 000 МВт (для сравнения: мощность всех АЭС России составляет около 23 600 МВт). По данным Росстата, потенциальное производство в России биогаза из таких отходов -- до 74 млрд куб.м в год. Потенциально возможное производство из биогаза электроэнергии составляет 151 200 ГВт, тепла --344 ГВт.
• Ежегодный общий объем органических отходов АПК в нашей стране составляет примерно 593 млн тонн, из них на животноводство приходится 350 млн, птицеводство - 23 млн, растениеводство - 220 млн тонн. На основе целлюлозы в результате ферментативных процессов можно получить до 117 млн тонн биоэтанола, при ацетоно-бутиловом брожении - 64,2 млн куб. м биоводорода и 95 млн тонн биобутанола, при добыче торфа в объеме 300 млн тонн - до 90 млн тонн биоэтанола ежегодно. Значительную часть этих отходов можно было бы использовать для производства биотоплива, особенно с учетом того, что в российской действительности эта продукция не находит себе другого применения. [4]
• 5. Производство биотоплива. Плюсы и минусы биотоплива
• 5.1 Газообразное биотопливо - биогаз
• Биогаз - это газ, получаемый в ходе брожения биомассы (органических отходов) посредством воздействия различных видов бактерий.
• Биогаз состоит из метана (55-85%) и углекислого газа (15-45%), плохо растворим в воде, его теплота сгорания составляет от 21 до 27,2 МДж/мі. По теплоте сгорания 1 мі биогаза эквивалентен: 0,8 мі природного газа, 0,7 кг мазута, 0,6 кг бензина, 1,5 кг дров (в абсолютно сухом состоянии), 3 кг навозных брикетов.
• Выход газа может достигать до 350 мі из 1 тонны отходов и зависит от, собственно, вида сырья и применяемых технологий (из тонны навоза крупного рогатого скота и свиней получают до 70 мі биогаза, 1 т куриного помета (при влажности 75%) - до 100 мі биогаза, до 400 мі биогаза можно получить из различных видов растений, до 1400 мі метана получают из жира - это своеобразный «биогазовый рекорд»).
• В современной технологии производства биогаза последовательно используются три вида бактерий, каждый из которых питается продуктами жизнедеятельности предыдущего:
• - гидролизные бактерии;
• - кислотообразующие бактерии;
• - метанобразующие бактерии.
• Сырье для получения биогаза:
• - органические отходы;
• - фекальные осадки;
• - навоз;
• - птичий помёт;
• - пивная дробина;
• - свекольный жом;
• - трава;
• - бытовые отходы;
• - отходы рыбных и забойных производств;
• - энергетические культуры;
• - водоросли. [5]
• Практическое применение биогаза возможно во всех сферах, где используется обычный природный газ. После обогащения (очистки) биогаза до состояния биометана (полный аналог природного газа с концентрацией метана до 99%) газ может
• использоваться как моторное топливо, подаваться в общую систему газоснабжения в трубопроводы среднего или низкого давления, использоваться на технологические нужды в качестве полной замены природного газа.
• Плюсы:
• · осуществляется санитарная обработка сточных вод (особенно животноводческих и коммунально-бытовых), содержание органических веществ снижается до 10 раз;
• · анаэробная переработка отходов животноводства, растениеводства и активного ила позволяет получать уже готовые к использованию минеральные удобрения с высоким содержанием азотной и фосфорной составляющей (в отличие от традиционных способов приготовления органических удобрений методами компостирования, при которых теряется до 30-40% азота);
• · при метановом брожении высокий (80-90%) КПД превращения энергии органических веществ в биогаз;
• · биогаз с высокой эффективностью может быть использован для получения тепловой и электрической энергии, а также в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания;
• · биогазовые установки могут быть размещены в любом регионе страны и не требуют строительства дорогостоящих газопроводов и сложной инфраструктуры;
• · биогазовые установки могут частично или полностью заменить устаревшие региональные котельные и обеспечить электроэнергией и теплом близлежащие деревни, поселки, небольшие города. [3]
• 5.2 Твердое биотопливо - дрова
• Самый распространенный представитель вида - дрова. В настоящее время для производства дров или биомассы используются энергетические леса - это быстрорастущие породы древесины, кустарников и трав (ива, тополь, эвкалипт, акация, сахарный тростник, кукуруза и др.). Посадку производят квадратно-гнездовым способом или в шахматном порядке. В междурядьях из деревьев часто высаживают сельскохозяйственные культуры (так называемые, комбинированные посадки). Период ротации энергетического леса (от срезания до срезания) составляет 4-6 лет.
• Плюсы:
• · предупреждение эрозии почвы;
• · при сжигании биомассы, в атмосферу выделяется только CO2, поглощенный при ее росте.
• 5.3 Жидкое биотопливо - биоэтанол.
• Биоэтанол - это обычный этанол, используемый как биотопливо и получаемый путем переработки растительного сырья - сахарного тростника, зерна и сахарной свеклы, а также рапсового метилового эфира из семян рапса. Наибольшая доля мирового производства жидкого (моторного) биотоплива приходится на биоэтанол. [5]
• Существует 2 основных способа получения биоэтанола - микробиологический (спиртовое брожение) и синтетический (гидратация этилена). Следствием брожения является раствор, содержащий не более 15% биоэтанола, поскольку в более концентрированных растворах дрожжи обычно гибнут. Полученный таким образом биоэтанол нуждается в очистке и концентрировании, обычно путем дистилляции. В промышленных масштабах этиловый спирт получают из сырья, содержащего целлюлозу (древесина, солома), которую предварительно гидролизуют. Смесь, образовавшаяся при этом, подвергают спиртовому брожению. [5]
• Биоэтанол по сравнению с бензином является менее «энергонасыщенным» источником энергии. Пробег машин, работающих на Е85 (смесь 85% этанола и 15% бензина; буква «Е» от английского Ethanol) на единицу объема топлива составляет около 75% от пробега стандартных машин. Обычные машины не могут работать на Е85, хотя двигатели внутреннего сгорания работают на Е10. На «настоящем» этаноле могут работать только т. н. «Flex-Fuel» (этанольно-гибридные) машины. Эти автомобили могут работать на обычном бензине или на произвольной смеси того и другого.
• Плюсы:
• · экономическая эффективность его производства, т.к. при урожайности семян рапса 2-4 т/га с 1 гектара можно получить 1-1,5 тонны биоэтанола и 2-2,5 тонны высококачественных растительных кормов. Характеристики моторного топлива, получаемого из растений, близки к показателям минерального топлива.
• · вредные выбросы при его использовании топлива существенно меньше чем бензина.
• · одной из важнейших характеристик биоэтанола является топливный баланс (соотношение энергии выделяемой топливом к энергетическим затратам на его производство).
• Минусы:
• · недостатком биоэтанола является то, что при сгорании этанола в выхлопных газах двигателей появляются альдегиды (формальдегид и ацетальдегид), которые наносят живым организмам не меньший ущерб, чем ароматические углеводороды. [1]
• ·
• Вывод
• Выделим плюсы и минусы развития производства биотоплива в РФ:

«+»: * Избыток отходов от различных производств и выращивания сельскохозяйственных культур позволит экономить исчерпаемые природные ресурсы. * Отходы производства начинают приносить прибыль. * Неплохие перспективы для экспорта в страны Европы. *Россия в состоянии производить биотопливо качества и количества, соответствующих европейским требованиям и спросу. * Перспективы резкого роста спроса со стороны стран Европы. * Рост интереса иностранных инвесторов к развитию российского рынка.	«-»: * Существующее законодательство не позволяет российским предприятиям получать серьезную прибыль от производства биотоплива. * Необходимость капиталовложений в развитие инфраструктуры. * Постоянное появление на рынке новых биотехнологий. * Потребности одного зарубежного потребителя в состоянии удовлетворить только несколько отечественных производств. * Большинство отечественных производств находится вдали от морских торговых путей, что существенно сказывается на стоимости издержек и увеличивает риски заказчиков. * Рост числа стран-конкурентов. * Зависимость рынка экологического топлива от погодных условий.

• Итак, взвесив все за и против, можно сделать вывод, что Россия нуждается в развитии производства такого выгодного энергосберегающего и экологический чистого топлива как биотопливо. Но конечно же ничего не обходится без отрицательной стороны.
• Список использованной литературы
• 1. http://www.ensav.ru/rubriki/cat_2/pub_541/ [1]
• 2. http://portal-energo.ru/ [2]
• 3. «ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ БИОТОПЛИВА В МИРЕ И РОССИИ ЗА ПЕРИОД 2000 -2012 ГОДОВ», Федченко И.А., Соловцова А.С., Лукьянов А.Н [3]
• 4. http://www.gks.ru/ [4]
• 5. http://www.ines-ur.ru/ [5]
• 6. http://ru.wikipedia.org/ [6]
• 7. http://minenergo.gov.ru/ [7]
• Размещено на Allbest.ru
...