Смагин А.В. Гусева В.В.

Основная цель предлагаемого нами проекта - обеспечение альтернативными энергоресурсами населенных пунктов, удаленных и малонаселенных территорий, регионов, не имеющих собственных запасов ископаемых ресурсов.

Развитие альтернативной энергетики в масштабе страны будет способствовать реализации национального проекта «Доступное жилье», в частности, уменьшению зависимости районных и муниципальных энергосистем от централизованных поставщиков, снижению тарифов на энергоносители, что в итоге приведет к снижению стоимости вновь возводимого жилья, а значит и доступности жилья для семей с небольшим достатком.

Рост цен на энергоресурсы приводит к удорожанию транспортных услуг по их доставке, качество же этих услуг весьма неудовлетворительно. Учитывая протяженность и качество российских дорог, доставка энергоносителей до потребителя сопряжена с дополнительными потерями, удорожанием и частыми срывами графика поставок.

Поэтому подготовка к отопительному сезону в России всегда проблематична.

Для обеспечения энергетической безопасности, независимости от неукротимого роста цен на энергоносители, услуг доставки, а также ограничения чиновничьего произвола на местах по выделению фондов на топливо, предлагается использовать местное альтернативное топливо, не подверженное вышеперечисленным проблемам.

Такое топливо имеется в любом муниципальном, административном и региональном образовании России: это сорная древесина (береза, осина, ива) в лесных местностях, в степных и малолесных районах в качестве топлива может выступить специально выращиваемая растительность (сорго, свербага, сида многолетняя, козлятник и другая), дающая укос за сезон до 100 тонн с 1 гектара. Этого количества достаточно для получения энергии 30 МВт/час. Простой подсчет показывает, что такое количество энергии по максимуму потребляет населенный пункт из 100 частных домов в течение 2-х недель.

Что нам дает избавление от привозного топлива?

Во-первых, высвобождение денег, предназначенных на закупку и на доставку энергоносителей, и возможность перераспределения статей бюджета в пользу социальной сферы.

Во-вторых, разработка альтернативного топлива создаст новые производства и рабочие места, а значит, увеличатся налоговые поступления в бюджет.

В-третьих, использование в качестве топлива органических отходов позволяет, кроме получения дешевой энергии, снизить расходы на их утилизацию.

В-четвертых, в местностях, где используется альтернативное топливо, значительно улучшится экологическая обстановка.

Таким образом, мы улучшаем социальную инфраструктуру, экологическую обстановку, а также добиваемся топливно-энергетической безопасности муниципального образования, что разрушает монополию на энергетику, а значит, укрепляем экономическую мощь государства снизу, его устои, зиждущиеся на благосостоянии простых людей.

Перспективным направлением альтернативной теплоэнергетики является разработка технологий использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) и производство на их основе тепловой и электрической энергии. Одним из таких источников энергии является биомасса.

Понятие «биомасса» включает в себя древесные и растительные отходы лесопереработки, сельскохозяйственного производства: ветки, опилки, обрезь, кора, солома, ботва, очес льна, камыш, торф, а также органические твердые бытовые отходы (ТБО), в том числе отходы ЖКХ и иловые отходы очистных сооружений.

В настоящее время количество потребляемой энергии из возобновляемых источников (биомассы) составляет до 13% относительно других видов энергии. В отдельных странах вклад биомассы в общем потреблении первичных энергоносителей составляет существенную долю, так, в США - 3,5%, Дании - 8%, Швеции - 19%,

Финляндии - 22%. И эта доля растет, несмотря на то, что такие страны, как Швеция, Норвегия имеют свои большие запасы углеводородов и каменного угля. Эти страны прежде всего руководствуются принципом экологической безопасности своих территорий.

Россия имеет огромные потенциальные запасы естественно растущей биомассы,. Выращивание энергетической растительности на неиспользуемых землях вовлечет их в оборот, сохранит почву от эрозии гумусного слоя, даст дополнительное развитие флоры и фауны и, в конечном итоге, улучшит состояние окружающей среды, экологическую обстановку за счет уменьшения числа котельных, работающих на мазуте и угле.

Отдельно стоит сказать об отходах ТБО, ЖКХ и иловых отложениях очистных сооружений. Только в Москве ежегодно образуется свыше 10 млн тонн ТБО, в масштабе же страны проблема отходов принимает катастрофический характер.

Однако применение такого рода отходов в качестве альтернативного топлива позволило бы решить следующие задачи, а именно:

- получить дешёвую энергию;

- утилизировать отходы;

- сократить отчуждаемые земли под новые полигоны захоронения ТБО;

- снизить затраты на захоронение;

- уменьшить отрицательное воздействие на окружающую среду.

Разработаны различные способы использования перечисленных выше отходов в качестве альтернативного топлива, это:

- получение биогаза;

- получение синтетического жидкого топлива;

- сжигание с целью получения тепловой энергии;

- пиролиз с целью получения горючего газа.

Рассмотрим очень коротко эти способы с точки зрения экологической опасности.

Производство биогаза предполагает использовать полигоны захоронения в качестве базовой основы. Изменения коснутся лишь создания устройств сбора «свалочного газа», метана. Опасность спрятана в недрах полигона, в невозможности проконтролировать микробиологические процессы, и неизвестно, к какому результату они приведут. Это биологические мины замедленного действия, и опасность их воздействия на человека ни с чем не соизмерима.

Технология производства синтетического жидкого топлива предполагает промежуточное складирование отходов ТБО. Это приведет к заражению атмосферы, почвы и грунтовых вод как токсичными химическими веществами, так и микробными культурами, вирусными инфекциями, разносчиками которых станут размножающиеся здесь привольно крысы и мыши.

При низкотемпературном сжигании образуются фенолы, альдегиды, диоксины - высокотоксичные вещества. Гибнут микробиологические культуры, размножающиеся в органических отходах, тем не менее небольшая их часть сохраняется и разносится вокруг на пылевых и несгоревших углеродных частицах. Системы фильтрации отходящих газов, к сожалению, будут способствовать их накоплению и размножению, для этого есть все условия: тепло, влага, питательная среда.

Термическое разложение в пиролизных камерах приводит к распаду токсичных веществ, биологических культур, газификации органических отходов. Но из-за недостаточности температуры воздействия (500-800?С), при простом пиролизе

остается небольшое количество несгоревшего углерода в отходящих газах, на котором происходит процесс повторного образования токсичных веществ, диоксинов.

Приходим к выводу, что безопасное использование органических отходов ТБО, ЖКХ, очистных сооружений в качестве альтернативного топлива возможно только при следующих условиях:

- минимизация времени промежуточного складирования до момента сжигания;

- создание условий для термического высокотемпературного распада;

- невозможность повторного синтеза токсичных углеводородов в отходящих газах;

- очистка отходящих газов от галогенных и кислотных соединений.

Таким образом, проведя анализ существующих технологий, резюмируем, что для безопасной утилизации ТБО требуется создание оборудования, которое позволяло бы: -термически разлагать органическое вещество без доступа кислорода;

-создавать и поддерживать температуру не менее 900 ?С в зоне разложения;

-пропорционально и равномерно смешивать компоненты горения;

-при этом время пребывания газов в горячей зоне сжигателя должно быть не менее 2-х секунд.

Такое устройство, работающее как на биомассе (древесных, растительных отходах, опилках), так и на ТБО, - мы создали, испытали и предлагаем взять за базовую основу.

Разработанное нами устройство утилизации отходов работает по принципу высокотемпературного пиролиза органического вещества, с дальнейшим сжиганием его жидких и газообразных продуктов в зоне канала горения, размещенном непосредственно в объеме топлива. При этом конструктивное разделение зоны пиролиза ТБО и канала горения исключает поступление углеродных и пылевых частиц в поток отходящих газов, предотвращая повторный синтез диоксинов.

Такое конструкционное решение позволяет создать необходимые условия, снижающие уровень образования высокотоксичных веществ:

-высокая температура термического разложения ТБО;

- ограничение притока кислорода воздуха;

-равномерное смешивание компонентов генераторного газа и кислорода воздуха;

-фильтрацию углеродных и пылевых частиц.

Время прохождения газа продуктов горения при температуре свыше 900 ?С зависит от конструкции выходного устройства и составляет свыше 2-х секунд.

Соединение установки с пароводяным теплообменником позволяет получить пар низкого давления. Это поможет решить вопрос муниципального и поселкового тепло-энергоснабжения с использованием местных биоэнергетических ресурсов.

Базовым элементом станет комплекс, состоящий из котельной, генерирующей пар низкого давления (0,9-1,4МПа), и паровой энергетической установки.

Паровая электростанция при сравнительно небольших температурах и давлениях пара позволяет получать очень дешевую электроэнергию и, что очень важно в условиях сельской местности, не требует высокой квалификации обслуживающего персонала.

В отличие от дизельных электростанций, двигатель которых требует ежегодного капитального ремонта, межремонтный ресурс работы паровых двигателей при правильной эксплуатации исчисляется десятилетиями. Низкий КПД с лихвой окупается всеядностью паросиловой установки и дешевизной топлива. Последние разработки Московского авиационного института (МАИ) позволили применить в паровой машине в качестве рабочего тела - аммиачный пар. КПД такого парового двигателя на 24% выше, чем у традиционной паровой машины.

Отработанный пар на выходе комплекса имеет высокую температуру порядка 145?С и давление до 0,5 МПа, что позволяет применить его для горячего водоснабжения и отопления. При этом общий КПД электро - теплогенерирующей установки возрастет за счет снижения минимальной температуры использования как по пару, так и по обратной воде горячего водоснабжения и отопления.

Все это позволяет паровой энергетике стать серьезным конкурентом традиционным дизель-генераторным установкам

Авторы проекта разработали, изготовили и провели испытания рабочей модели газогенераторной высокотемпературной пиролизной установки мощностью до 10 КВт.

Испытания показали хорошие результаты, обуславливающие создание более мощной установки, мини-котельной мощностью 200 КВт. И на ее основе, в тандеме с паро-винтовым электрогенератором (ПВМ-250) мы намерены разработать комплекс для энергообеспечения муниципальных и поселковых образований.

альтернативный энергия источник топливо

Размещено на Allbest.ur