Pierwszą rzeczą, którą powinieneś wiedzieć, jest to, że biomasa to nic innego jak materia organiczna pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, odpady organiczne i odpady są tu uwzględnione mogą być wykorzystane do produkcji energii.
Powodem jest to, że rośliny przekształcają promieniującą energię Słońca w energię chemiczną fotosynteza a część tej energii jest magazynowana w postaci materii organicznej, z której możemy skorzystać.
Obecnie przyjmuje się następującą definicję biomasy:
„Biomasa jest uważana za grupę produktów energii odnawialnej i surowców, które pochodzą z materii organicznej utworzonej w sposób biologiczny”.
Z tego powodu pojęcie paliw kopalnych i materiałów organicznych z nich pochodzących, takich jak tworzywa sztuczne i większość produktów syntetycznych, jest nie na miejscu w definicji biomasy.
Chociaż te paliwa i pochodne materiały organiczne miały pochodzenie biologiczne, ich powstawanie miało miejsce w przeszłości.
Biomasa jest zatem odnawialną energią słoneczną pochodzącą z fotosyntezy roślin.
Ponadto zgodnie z Dyrektywa 2003/30 / WE biomasa to:
„Ulegająca biodegradacji frakcja odpadów i pozostałości z rolnictwa, leśnictwa i branż pokrewnych, a także biodegradowalna frakcja odpadów przemysłowych i komunalnych”.
Z tego, co zdajemy sobie sprawę, wynika, że ogólnie każda definicja biomasy obejmuje głównie 2 terminy; odnawialne i organiczne.
Biomasa jako źródło energii
Od czasów starożytnych człowiek wykorzystywał biomasę jako źródło energii do wykonywania codziennych zadań.
Odkąd zaczęto wykorzystywać paliwa kopalne, biomasa została zapomniana na niższym poziomie, gdzie jego wkład w produkcję energii pierwotnej był znikomy.
Dzisiaj, dzięki różnym czynnikom, biomasa odrodziła się jako źródło energii.
Czynnikami odpowiedzialnymi za ożywienie biomasy jako źródła energii są:
- Rosnące ceny ropy.
- Zwiększona produkcja rolna.
- Potrzeba poszukiwania alternatywnych zastosowań dla produkcji rolnej.
- Zmiana klimatu.
- Możliwość wykorzystania wiedzy naukowo-technicznej do optymalizacji procesu produkcji energii.
- Korzystne ramy ekonomiczne dla rozwoju zakładów wykorzystujących biomasę jako paliwo, dzięki dotacjom produkcyjnym otrzymywanym przez elektrownie z tego źródła.
- Trudności regulacyjne w opracowywaniu innych typów projektów, pozostawiając biomasę jako najbardziej rozsądną alternatywę dla opłacalności inwestycji ekonomicznej.
Rodzaje biomasy
Biomasa przeznaczona do produkcji energii pozyskiwana jest z pozostałości leśnych, z przemysłu pierwszej i drugiej przeróbki drewna, z organicznej frakcji stałych odpadów komunalnych, z odpadów z działalności hodowlanej, z produktów rolniczych i leśnych, energia uprawy, przeznaczone wyłącznie do ich eksploatacji w celu uzyskania biomasy.
Ogólnie, biomasa jest pozyskiwana z dowolnego produktu ekologicznego, który może być wykorzystany w energetyce, chociaż są to główne.
Biomasa naturalna
Biomasa naturalna to biomasa produkowana w naturalne ekosystemy. Intensywna eksploatacja tego surowca nie jest zgodna z ochroną środowiska, mimo że jest to jedno z głównych źródeł energii w krajach słabo rozwiniętych.
Ta naturalna biomasa jest tworzona bez udziału człowieka w celu jej modyfikacji lub ulepszenia.
Zasadniczo chodzi o pozostałości leśne:
- Pochodne czyszczenia lasów i pozostałości po plantacjach
- Drewno opałowe i gałęzie
- Iglaki
- Liściasty
Pozostała biomasa
Czym jest pozostała biomasa generowane w działalności człowieka które wykorzystują materię organiczną. Jej eliminacja w wielu przypadkach jest problemem. Ten rodzaj biomasy ma swoje zalety w jej zastosowaniu:
- Zmniejsza ryzyko zanieczyszczenia i pożaru.
- Zmniejsz przestrzeń na wysypiskach.
- Koszty produkcji mogą być niskie.
- Koszty transportu mogą być niskie.
- Unikaj emisji CO2.
- Generuj miejsca pracy.
- Przyczynia się do rozwoju obszarów wiejskich.
Pozostała biomasa jest z kolei podzielona na szereg kategorii wymienionych poniżej.
Nadwyżka rolna
Nadwyżki rolne, które nie są wykorzystywane do spożycia przez ludzi, uważa się za nadające się do wykorzystania jako biomasa do celów energetycznych.
To zastosowanie produktów rolnych wykorzystywanych w łańcuchu pokarmowym człowieka spowodowało nieuzasadnione złe imię wykorzystania biomasy do celów energetycznych, ponieważ zarzuca się temu wzrost kosztów niektórych produktów rolnych, które są podstawą żywności w wielu krajach trzeciego świata i krajach rozwijających się.
Te nadwyżki rolnicze mogą być wykorzystywane zarówno jako paliwo w elektrowniach, jak i przekształcane w biopaliwa.
Uprawy energetyczne
Wyżej wymienione uprawy energetyczne to specyficzne uprawy przeznaczone wyłącznie do produkcji energii.
W przeciwieństwie do tradycyjnych upraw rolnych, ich głównymi cechami są ich wysoka produktywność biomasy i duża rustykalność, wyrażone takimi cechami, jak odporność na suszę, choroby, wigor, wczesny wzrost, zdolność odrastania i adaptacja do terenów marginalnych.
Uprawy energetyczne mogą obejmować uprawy tradycyjne (zboża, trzcina cukrowa, nasiona oleiste) i niekonwencjonalne (cynara, pataca, słodkie sorgo), które są przedmiotem licznych badań określających ich potrzeby uprawowe.
Procesy przemiany biomasy
Jak widać powyżej, ogromna różnorodność materiałów, które istnieją w ramach koncepcji biomasy, pozwala z kolei na ustanowienie różnorodność możliwych procesów transformacyjnych tej biomasy w energię.
Z tego powodu biomasa może być przetwarzana na różne formy energii poprzez zastosowanie różnych procesów konwersji, są to następujące rodzaje energii:
Ciepło i para
Możliwe jest wytwarzanie ciepła i pary poprzez spalanie biomasy lub biogazu.
Ciepło może być głównym produktem w zastosowaniach związanych z ogrzewaniem i gotowaniem lub może być produktem ubocznym wytwarzania energii elektrycznej w zakładach, które wytwarzają energię elektryczną i parę w skojarzeniu.
Paliwo gazowe
Biogaz wytwarzany w procesach fermentacji beztlenowej lub gazyfikacji może być stosowany w silnikach spalinowych do wytwarzania energii elektrycznej, do ogrzewania i klimatyzacji w sektorze gospodarczym, komercyjnym i instytucjonalnym oraz w zmodyfikowanych pojazdach.
Biopaliwa
Produkcja biopaliw takich jak etanol i biodiesel (możesz zajrzeć do artykułu Jak zrobić domowy biodiesel) ma potencjał, by zastąpić znaczne ilości paliw kopalnych w wielu zastosowaniach transportowych.
Szerokie użycie etanolu w Brazylii pokazuje, że od ponad 20 lat biopaliwa są technicznie wykonalne na dużą skalę.
W Stanach Zjednoczonych i Europie ich produkcja rośnie i są sprzedawane razem z pochodnymi ropy naftowej.
Na przykład mieszanina o nazwie E20, składająca się z 20% etanolu i 80% ropy naftowej, ma zastosowanie w większości silników zapłonowych.
Obecnie ten rodzaj paliwa otrzymuje jakiś rodzaj dotacja lub pomoc publiczna, ale w przyszłości, wraz ze wzrostem upraw energetycznych i korzyściami skali, redukcja kosztów może sprawić, że ich produkcja będzie konkurencyjna.
Elektryczność
Od tego czasu energia elektryczna wytwarzana z biomasy może być sprzedawana jako „zielona energia” nie przyczynia się do efektu cieplarnianego, ponieważ nie emituje dwutlenku węgla (CO2).
Ten rodzaj energii może zaoferować rynkowi nowe opcje, ponieważ jego struktura kosztów pozwoli użytkownikom na wspieranie wyższych poziomów inwestycji w wydajne technologie, co zwiększy przemysł bioenergetyczny.
Kogeneracja (ciepło i energia elektryczna)
Kogeneracja odnosi się do jednoczesna produkcja pary i energii elektrycznej, które można zastosować w wielu procesach przemysłowych, które wymagają obu form energii.
Na przykład w Ameryce Środkowej proces ten jest bardzo powszechny w przemyśle cukrowniczym, gdzie można wykorzystać odpady poprocesowe, głównie bagassę.
Ze względu na wysoką niezawodność dostępnej bagassy tradycyjnie kogeneracja przebiega dość wydajnie. Jednak w ostatnich latach obserwuje się tendencję do usprawniania procesu wytwarzania większej ilości energii elektrycznej i sprzedaży nadwyżki do sieci elektroenergetycznej.
Procesy, które można wykonać, aby przeprowadzić tę transformację, można podzielić na fizyczne, fizykochemiczne, termochemiczne i biologiczne.
Spalanie w instalacjach biomasy
Mówiąc najprościej, spalanie jest dość szybką reakcją chemiczną, przy czym łączy tlen z powietrza (co to jest utleniacz) z różnymi elementami utleniającymi paliwa w ten sposób wyzwalając wydzielanie ciepła.
Z tego powodu, aby nastąpił ten proces chemiczny, muszą wystąpić następujące 4 okoliczności:
- Musi być wystarczająca ilość paliwa, czyli biomasa.
- Musi wytworzyć wystarczającą ilość powietrza do spalania, które zawiera tlen niezbędny do utlenienia lub reakcji z paliwem.
- Temperatura musi być wystarczająco wysoka, aby reakcja zaszła i była podtrzymywana. Jeśli temperatura nie przekroczy określonej wartości, zwanej temperaturą zapłonu, utleniacz i paliwo nie reagują.
- Musi być inicjator spalania, zwykle istniejący wcześniej płomień. Oznacza to, że w zapłonie układu spalania zwykle uczestniczą inne elementy, nawet inne paliwa.
Wstępna obróbka biomasy
Biomasa przed spaleniem w kotle musi zostać poddana wcześniejszemu procesowi przygotowania, który ułatwiają proces reakcji między paliwem a utleniaczem.
Proces ten ułatwia spalanie, ponieważ zasadniczo reguluje granulometrię i stopień wilgotności.
Zestaw procesów lub poprzednich zabiegów ma trzy podstawowe cele:
- Homogenizować wprowadzenie biomasy do kotła, dzięki czemu kocioł otrzymuje stały dopływ energii o podobnej wartości.
- Zmniejszać jego granulometria aby zwiększyć jego powierzchnię właściwą.
W rzeczywistości im mniejszy rozmiar ziaren, tym większa powierzchnia, aby paliwo i utleniacz mogły reagować, przyspieszając w ten sposób reakcję i zmniejszając ilość biomasy, która nie reaguje (niespalona) - Zmniejsz wilgotność które zawiera, zapobiegając wykorzystywaniu części ciepła uwalnianego podczas spalania jako ciepła parowania wody, zmniejszając temperaturę spalin.
Wszystko to należy również zrobić za pomocą najniższe możliwe zużycie energiiponieważ cała energia zużywana w tych procesach, o ile nie jest to energia szczątkowa lub energia, którą można wykorzystać bez kosztów, będzie oznaczać spadek energii netto wytwarzanej przez zakład.
Kocioł na biomasę
Kocioł jest zdecydowanie główne wyposażenie termoelektrowni spalającej biomasę.
W nim zachodzi proces zamiany energii chemicznej zawartej w biomasie na energię cieplną, która później zostanie zamieniona na energię mechaniczną.
Kocioł, oprócz tego, że jest głównym wyposażeniem, jest również głównym problemem techników, którzy kierują eksploatacją zakładu.
Bez wątpienia to sprzęt, który może powodować największe potencjalne problemy, powoduje najwięcej przestojów i wymaga najbardziej rygorystycznej konserwacji.
Powody, dla których kocioł jest problematycznym wyposażeniem, są następujące:
- Jest to nowa technologia, niewystarczająco rozwinięta. W obliczu ogromnego doświadczenia zgromadzonego w innych procesach spalania, które uwalniają duże ilości energii cieplnej z utleniania paliwa stałego, takich jak elektrownie węglowe, spalanie biomasy napotyka szereg nowych problemów, które nie zostały jeszcze rozwiązane. Zostały w pełni rozwiązane zadowalająco.
- Wysoka zawartość potasu i chloru w biomasie powoduje osadzanie się kamienia i korozję w różnych częściach kotła.
- Spalanie nie jest całkowicie stabilne, wykazując znaczne wahania ciśnienia i temperatury.
- Pełna automatyzacja sterowania kotłem jest bardzo trudna ze względu na zmienność warunków, w których biomasa może być prezentowana na wejściu.
- Rentowność elektrowni, nawet przy dopłatach do produkcji energii elektrycznej oferowanych przez ustawodawstwo hiszpańskie, jest bardzo niska, co wymusza oszczędności na wszystkich komponentach, w tym kotle. Dlatego nie stosuje się najlepszych materiałów lub najlepszych technik ze względu na zwiększony koszt, jaki się z nimi wiąże.
Tylko jeden Właściwy dobór typu kotła może doprowadzić do sukcesu w realizacji projektu wytwarzania energii z biomasyJednocześnie niewłaściwy wybór bardzo utrudni opłacalność inwestycji w tego typu elektrownię, która stanowi od 1 do 3 mln euro za MW zainstalowanej mocy elektrycznej.
Instalacje termoelektryczne na biomasę
Instalacja termoelektryczna na biomasę to elektrownia która wykorzystuje energię chemiczną zawartą w określonej ilości biomasy i jest uwalniana jako energia cieplna w procesie spalania.
Zakład odzysku energii z biomasy musi przede wszystkim posiadać system wstępnej obróbki biomasy, którego głównym celem jest zmniejszenie zawartej w niej wilgoci, dostosowanie wielkości i jednolitości biomasy w celu ujednolicenia warunków. do kotła i osiągnąć najwyższą sprawność systemu spalania.
Po uwolnieniu energii cieplnej w odpowiednim piecu, uwalniane podczas spalania gazy składające się głównie z CO2 i H2O wraz z innymi substancjami stałymi i gazowymi wymieniają ciepło w kotle, w którym krąży woda i który normalnie zamienia się w parę. przy określonym ciśnieniu i temperaturze.
Gazy spalinowe biomasy przechodzą przez kocioł, oddając swoją energię wodzie / parze w różnych etapach: ściany wodne, przegrzewacz, belka parownika, ekonomizer i podgrzewacze powietrza.
Para pod ciśnieniem wytworzona w kotle jest następnie transportowana do turbiny, gdzie rozpręża się, wytwarzając nową przemianę energetyczną, w wyniku której przekształcana jest energia potencjalna zawarta w parze pod ciśnieniem najpierw w energii kinetycznej, a następnie w obrotowej energii mechanicznej.
Ramy prawne dla instalacji termoelektrycznych na biomasę w Hiszpanii
Produkcja energii elektrycznej w Hiszpanii odpowiada prywatni inwestorzychociaż jest to działalność silnie regulowana przez państwo.
Różne ustawy i dekrety regulują tę działalność, a każdy technik pracujący w elektrowniach na biomasę musi znać te ramy prawne.
Różne działania związane z energią elektryczną podlegają pewnej interwencji państwa, ze względu na wagę tych działań.
Tradycyjnie wykorzystano charakter służby publicznej, w której za wytwarzanie, transport, dystrybucję i komercjalizację energii elektrycznej odpowiada państwo.
Dziś nie jest to już usługa publiczna, ponieważ ta działalność jest w pełni zliberalizowana.
Obecnie interwencja publiczna jest utrzymywana, ponieważ są to działania podlegające ścisłej regulacji. W pierwszej kolejności interesujące będzie zbadanie, w jaki sposób różne normy mogą wpływać na działalność związaną z wytwarzaniem, transportem i sprzedażą energii elektrycznej.
Biomasa do użytku domowego
Chociaż bardziej skupiłem się na pozyskiwaniu energii elektrycznej, wspominano również o wykorzystaniu biomasy do wytwarzania ciepła na potrzeby ogrzewania, a co więcej, na poziomie domowym z dedykowanymi wyłącznie do tego kotłami i piecami.
Jeśli chcesz uzyskać więcej informacji, przeczytaj artykuł mojego kolegi Germána Wszystko, co musisz wiedzieć o piecach na pellet
W ten sposób nikt nie będzie Cię powstrzymywał w kwestii biomasy i kto wie, może odważysz się zainstalować jeden z tych pieców w swoim domu.