Prvo što biste trebali znati je da biomasa nije ništa više od organska tvar biljnog ili životinjskog podrijetla, ovdje su uključeni organski otpad i otpad, što je mogu se koristiti za proizvodnju energije.
Razlog je u činjenici da biljke sunčevu energiju transformiraju u kemijsku energiju kroz fotosinteza a dio te energije pohranjen je u obliku organske tvari, što možemo iskoristiti.
Trenutno je prihvaćena sljedeća definicija biomase:
"Biomasa se smatra skupinom obnovljivih izvora energije i sirovina koje potječu od organskih tvari nastalih biološkim putem".
Iz tog razloga koncept fosilnih goriva i organskih materijala dobivenih iz njih, poput plastike i većine sintetičkih proizvoda, nije na mjestu u definiciji biomase.
Iako su ta goriva i izvedeni organski materijali imali biološko podrijetlo, njihovo stvaranje nastalo je u prošlim vremenima.
Biomasa je stoga obnovljiva energija sunčevog podrijetla kroz fotosintezu biljaka.
Uz to, prema Direktiva 2003/30 / EZ biomasa je:
"Biorazgradivi udio otpadnih proizvoda i ostataka iz poljoprivrede, šumarstva i srodnih industrija, kao i biorazgradivi udio industrijskog i komunalnog otpada."
Prema onome što shvaćamo, općenito, bilo koja definicija biomase uglavnom obuhvaća dva pojma; obnovljiva i organska.
Biomasa kao izvor energije
Od davnina čovjek koristi biomasu kao izvor energije za izvršavanje svojih svakodnevnih zadataka.
Otkako je primjena fosilnih goriva počela zavladavati, biomasa je zaboravljena na nižoj ravni, gdje je njezin doprinos u proizvodnji primarne energije bio zanemariv.
Danas je zahvaljujući raznim čimbenicima biomasa ponovno oživjela kao izvor energije.
Čimbenici koji su odgovorni za oživljavanje biomase kao izvora energije su:
- Rastuća cijena nafte.
- Povećana poljoprivredna proizvodnja.
- Treba tražiti alternativne namjene poljoprivrednoj proizvodnji.
- Klimatske promjene.
- Mogućnost korištenja znanstvenog i tehničkog znanja za optimizaciju procesa proizvodnje energije.
- Povoljan ekonomski okvir za razvoj postrojenja koja koriste biomasu kao gorivo, zahvaljujući proizvodnim subvencijama koje elektrane s tim izvorom dobivaju.
- Regulatorne poteškoće u razvoju drugih vrsta projekata, ostavljajući biomasu najrazumnijom alternativom za ekonomsko ulaganje profitabilnim.
Vrste biomase
Biomasa koja se koristi za proizvodnju energije dobiva se iz ostataka eksploatacije šuma, iz industrije prve i druge transformacije drva, iz organske frakcije čvrstog urbanog otpada, iz otpada iz stočarstva, iz poljoprivredni i šumarski proizvodi, energetske usjeve, one namijenjene isključivo njihovoj eksploataciji za dobivanje biomase.
Općenito, biomasa se dobiva iz bilo kojeg organskog proizvoda osjetljivog na energetsku upotrebu, iako su to glavni.
Prirodna biomasa
Prirodna biomasa je ona koja se proizvodi u prirodni ekosustavi. Intenzivno iskorištavanje ovog resursa nije kompatibilno sa zaštitom okoliša, iako je jedan od glavnih izvora energije u nerazvijenim zemljama.
Ova prirodna biomasa stvara se bez ikakve ljudske intervencije radi njenog modificiranja ili poboljšavanja.
U osnovi se radi o šumski ostaci:
- Derivati čišćenja šuma i nasada ostataka
- Drva za ogrjev i grane
- Četinari
- Lisnato
Preostala biomasa
Preostala biomasa je što generirane u ljudskim aktivnostima koji koriste organske tvari. Njegova eliminacija u mnogim je slučajevima problem. Ova vrsta biomase ima povezane prednosti u svojoj upotrebi:
- Smanjuje rizik od onečišćenja i požara.
- Smanjite prostor odlagališta otpada.
- Troškovi proizvodnje mogu biti niski.
- Troškovi prijevoza mogu biti niski.
- Izbjegavajte emisije CO2.
- Otvorite radna mjesta.
- Doprinosi ruralnom razvoju.
Preostala biomasa zauzvrat je podijeljena u niz kategorija spomenutih u nastavku.
Poljoprivredni višak
Poljoprivredni viškovi koji se ne koriste za prehranu ljudi smatraju se prikladnima za uporabu kao biomasa u energetske svrhe.
Ova upotreba poljoprivrednih proizvoda koji se koriste u ljudskom prehrambenom lancu je izazvao neopravdano loše ime korištenja biomase u energetske svrhe, jer je ta uporaba optužena za povećanje troškova određenih poljoprivrednih proizvoda koji su osnova hrane u mnogim zemljama trećeg svijeta i zemljama u razvoju.
Ti se poljoprivredni viškovi mogu koristiti i kao gorivo u postrojenjima za proizvodnju električne energije i pretvoriti u biogoriva.
Energetske kulture
Gore spomenute energetske usjeve specifične su kulture posvećene isključivo proizvodnji energije.
Za razliku od tradicionalnih poljoprivrednih kultura, njihove su glavne karakteristike visoka produktivnost biomase i velika rustičnost, izraženo u karakteristikama kao što su otpornost na sušu, bolesti, polet, rani rast, sposobnost ponovnog rasta i prilagodba na rubna zemljišta.
Energetske kulture mogu obuhvaćati tradicionalne usjeve (žitarice, šećerna trska, uljarice) i nekonvencionalne (cynara, pataka, slatki sirak) koji su predmet brojnih studija za utvrđivanje njihovih uzgojnih potreba.
Procesi transformacije biomase
Kao što se vidi gore, velika raznolikost materijala koja je uključena u koncept biomase omogućuje pak uspostavljanje raznolikost mogućih procesa transformacije ove biomase u energiju.
Iz tog razloga, biomasa se može transformirati u različite oblike energije primjenom različitih procesa pretvorbe, te vrste energije su:
Toplina i para
Toplinu i paru moguće je generirati izgaranjem biomase ili bioplina.
Toplina može biti glavni proizvod za grijanje i kuhanje ili može biti nusproizvod proizvodnje električne energije u postrojenjima koja kogeneriraju električnu energiju i paru.
Plinovito gorivo
Bioplin proizveden u procesima anaerobne probave ili rasplinjavanja može se koristiti u motorima s unutarnjim izgaranjem za proizvodnju električne energije, za grijanje i kondicioniranje u domaćem, komercijalnom i institucionalnom sektoru te u modificiranim vozilima.
Biogoriva
Proizvodnja biogoriva poput etanola i biodizela (možete pogledati članak Kako napraviti domaći biodizel) ima potencijal zamijeniti značajne količine fosilnih goriva u mnogim transportnim aplikacijama.
Opsežna uporaba etanola u Brazilu pokazala je, više od 20 godina, da biogoriva su tehnički izvediva u velikim razmjerima.
U Sjedinjenim Državama i Europi njihova se proizvodnja povećava, a plasiraju se u kombinaciji s naftnim derivatima.
Primjerice, smjesa nazvana E20, sastavljena od 20% etanola i 80% nafte, primjenjiva je u većini motora s paljenjem.
Trenutno ova vrsta goriva dobiva neku vrstu potpora ili državna pomoć, ali u budućnosti, s povećanjem energetskih usjeva i ekonomijom razmjera, smanjenje troškova može učiniti njihovu proizvodnju konkurentnom.
elektricitet
Električna energija proizvedena iz biomase može se prodavati kao "zelena energija", budući da ne doprinosi efektu staklenika jer nema emisije ugljičnog dioksida (CO2).
Ova vrsta energije može tržištu ponuditi nove mogućnosti, jer će struktura troškova omogućiti korisnicima da podrže višu razinu ulaganja u učinkovite tehnologije, što će povećati industriju bioenergije.
Kogeneracija (toplina i električna energija)
Kogeneracija se odnosi na istodobna proizvodnja pare i električne energije, koji se mogu primijeniti na mnoge industrijske procese koji zahtijevaju oba oblika energije.
Primjerice, u Srednjoj Americi ovaj je postupak vrlo čest u industriji šećera, gdje je moguće iskoristiti procesni otpad, uglavnom bagasse.
Zbog visoke pouzdanosti dostupnih bagasse, kogeneracija se tradicionalno izvodi prilično učinkovito. Međutim, posljednjih godina postoji trend poboljšanja postupka proizvodnje više električne energije i prodaje viška električnoj mreži.
Procesi koji se mogu slijediti za provođenje ove transformacije mogu se podijeliti na fizikalne, fizikalno-kemijske, termokemijske i biološke.
Izgaranje u postrojenjima na biomasi
Jednostavno rečeno, izgaranje je prilično brza kemijska reakcija, pri čemu kombinira kisik iz zraka (što je oksidans) s različitim oksidacijskim elementima goriva čime nastaje oslobađanje topline.
Iz tog razloga, da bi se ovaj kemijski postupak dogodio, moraju se dogoditi ove 4 okolnosti:
- Mora postojati dovoljna količina goriva, tj. Biomase.
- Mora stvoriti dovoljnu količinu zraka za izgaranje koji sadrži kisik potreban za oksidaciju ili reakciju s gorivom.
- Temperatura mora biti dovoljno visoka da se reakcija dogodi i održi. Ako temperatura ne prelazi određenu vrijednost, koja se naziva plamište, oksidans i gorivo ne reagiraju.
- Mora postojati inicijator izgaranja, obično već postojeći plamen. To znači da drugi elementi normalno sudjeluju u paljenju sustava izgaranja, čak i druga goriva.
Predobrada biomase
Prije nastavka sagorijevanja u kotlu, biomasa mora biti podvrgnuta prethodnom postupku pripreme koji olakšati proces reakcije između goriva i oksidansa.
Ovaj postupak olakšava izgaranje jer u osnovi prilagođava granulometriju i stupanj vlažnosti.
Skup postupaka ili prethodni tretmani imaju tri temeljna cilja:
- Homogenizirati unos biomase u kotao, tako da kotao prima stalni protok energije slične vrijednosti.
- Smanjenje njegova granulometrija kako bi se povećala njegova specifična površina.
Zapravo, što je manja veličina zrna, veća je površina tako da gorivo i oksidans mogu reagirati, ubrzavajući tako reakciju i smanjujući količinu biomase koja ne reagira (neizgorena) - Smanjite vlažnost zraka koji sadrži, sprječavajući da se dio topline koja se oslobodi tijekom izgaranja koristi kao toplina isparavanja vode, smanjujući temperaturu dima.
Sve se to mora učiniti i s najmanja moguća potrošnja energije, budući da će sva energija potrošena u tim procesima, osim ako se radi o zaostaloj energiji ili energiji koja se može koristiti bez troškova, značiti smanjenje neto energije koju generira postrojenje.
Kotao na biomasu
Kotao je definitivno glavna oprema termoelektrane na izgaranje biomase.
U njemu se provodi postupak pretvaranja kemijske energije sadržane u biomasi u toplinsku energiju koja će se kasnije pretvoriti u mehaničku energiju.
Kotao je, osim što je glavna oprema, i glavna briga tehničara koji su zaduženi za rad postrojenja.
Bez sumnje je oprema koja može uzrokovati najviše potencijalnih problema, uzrokuje najviše zastoja i zahtijeva najstrože održavanje.
Razlozi zbog kojih je kotao problematična oprema su sljedeći:
- To je tehnologija u nastajanju, koja nije dovoljno razvijena. Suočeno s velikim iskustvom akumuliranim u drugim procesima izgaranja koji oslobađaju veliku količinu toplinske energije iz oksidacije krutog goriva, poput postrojenja za ugljen, izgaranje biomase suočava se s nizom novih problema koji još nisu riješeni. su riješeni potpuno zadovoljavajuće.
- Visok sadržaj kalija i klora u biomasi uzrokuje kamenac i koroziju u različitim dijelovima kotla.
- Izgaranje nije potpuno stabilno, što predstavlja značajne razlike u tlaku i temperaturi.
- Velike su poteškoće u potpunoj automatizaciji upravljanja kotlom zbog varijabilnosti uvjeta u kojima se biomasa može predstaviti na ulazu.
- Profitabilnost postrojenja, čak i uz premije za proizvodnju električne energije koje nudi španjolsko zakonodavstvo, vrlo je mala, što prisiljava na uštedu na svim komponentama, uključujući kotao. Stoga se ne koriste najbolji materijali ili najbolje tehnike zbog povećanih troškova koje oni podrazumijevaju.
Samo jedan Ispravan odabir tipa kotla može dovesti do uspjeha u postizanju projekta proizvodnje električne energije iz biomaseIstodobno, neprimjeren izbor izuzetno će otežati isplativost ulaganja u ovu vrstu postrojenja, koja predstavlja između 1 i 3 milijuna eura po MW instalirane električne energije.
Termoelektrane na biomasu
Termoelektrana na biomasu je postrojenje za proizvodnju električne energije koji koristi prednost kemijske energije sadržane u određenoj količini biomase i koja se oslobađa kao toplinska energija kroz proces izgaranja.
U prvom redu, postrojenje za oporabu energije iz biomase mora imati sustav za prethodnu obradu biomase, čija je glavna svrha smanjenje vlage koju sadrži, prilagodba veličine i ujednačenost biomase, kako bi se standardizirali uvjeti. ulaz u kotao i postići najveću učinkovitost sustava izgaranja.
Nakon što se toplinska energija oslobodi u odgovarajućoj peći, plinovi oslobođeni tijekom izgaranja, sastavljeni od CO2 i H2O, uglavnom zajedno s ostalim krutim i plinovitim tvarima, izmjenjuju toplinu u kotlu kroz koji voda cirkulira i koji se normalno pretvara u para na određenom tlaku i temperaturi.
Plinovi izgaranja biomase prolaze kroz kotao, dajući svoju energiju vodi / pari u različitim fazama: vodeni zidovi, pregrijač, zraka isparivača, ekonomajzer i predgrijači zraka.
Para pod tlakom nastala u kotlu zatim se transportira do turbine, gdje se širi, stvarajući novu energetsku transformaciju kojom se pretvara potencijalna energija sadržana u pari pod tlakom prvo u kinetičkoj energiji, a zatim u rotacijskoj mehaničkoj energiji.
Zakonski okvir za termoelektrane na biomasu u Španjolskoj
Proizvodnja električne energije u Španjolskoj odgovara privatni investitori, iako je to djelatnost koju država snažno regulira.
Ovu djelatnost reguliraju različiti zakoni i uredbe, a za svakog tehničara koji radi u elektranama na biomasu neophodno je poznavanje ovog zakonskog okvira.
Različite djelatnosti povezane s električnom energijom podliježu određenoj državnoj intervenciji, s obzirom na važnost tih aktivnosti.
Tradicionalno se koristio karakter javne službe, a država je odgovorna za proizvodnju, transport, distribuciju i komercijalizaciju električne energije.
Danas to više nije javna služba, budući da su ove aktivnosti potpuno liberalizirane.
Trenutno se održava javna intervencija jer se radi o djelatnostima podložnim strogim propisima. Bit će zanimljivo proučiti na prvom mjestu kako postoje različite norme koje mogu utjecati na aktivnosti vezane uz proizvodnju, transport i prodaju električne energije.
Biomasa za domaću upotrebu
Iako sam se više usredotočio na dobivanje energije za električnu energiju, spomenuta je i još bolja uporaba biomase za proizvodnju topline za grijanje, na domaćoj razini s kotlovima i štednjacima posvećenima isključivo njoj.
Ako želite više informacija, možete pročitati članak mog kolege Germána Sve što trebate znati o pećima na pelete
Na taj vas način neće imati nikoga tko će vas zaustaviti po pitanju biomase i tko zna, možda se usudite instalirati jednu od ovih peći u svom domu.