1.2.3. Энергия биомассы.

В зависимости от свойств "органического сырья" возможны различные технологии его энергетического использования.

Для использования сухой биомассы наиболее эффективны термохимические технологии (прямое сжигание, газификация, пиролиз и т.п.). Для влажной биомассы - биохимические технологии переработки с получением биогаза (анаэробное разложение органического сырья) или жидких биотоплив (процессы сбраживания).

Газификация древесных отходов обеспечивает получение топливного газа, основу которого составляет СО, Н₂ и N₂ и который может быть использован в качестве газообразного топлива в котельных, газовых турбинах и двигателях внутреннего сгорания.

Прямое сжигание древесины хорошо известно на бытовом уровне. Технологии энергетического использования древесных отходов постоянно совершенствуется.

Наиболее распространенным является перевод котельных с жидкого топлива или угля на древесные отходы, что требует реконструкции топочных устройств и создания необходимой инфраструктуры хранения и подготовки топлива.

Среди биохимических технологий переработки жидких органических отходов наиболее широкое применение во многих странах мира получила технология анаэробного (в отсутствии атмосферного кислорода) разложения органического сырья с получением биогаза, состоящего на 55-60 % из метана.

Вклад биомассы в мировое производство энергии

Скорость прироста вклада биомассы в энерго­баланс мира намного меньше, чем у других типов возобновляемых источников энергии. Но вклад биомассы в 2001 г. составлял 1,1 - 1,2 млрд. тонн нефтяного эквивалента (т н.э.) при общем вкладе всех ВИЭ — 1,36 млрд. т н.э. при общем произ­водстве энергии в мире — 10 млрд. т н.э (табл. 1.2).

К 2040 г. общее потребление энергии в мире прогнозируется на уровне 13,5 млрд. т н. э. (100%), вклад всех ВИЭ к этому периоду — 47,7% или 6,44 млрд. т н.э., тогда как вклад биомассы составит 23,8% или 3,21 млрд. т н.э.

В 2003 г. вклад биомассы в общий энергоба­ланс Европейского Союза (15 стран) составил 3,6%, что несколько выше, чем все остальные возобновляемые источники энергии (3,4%). К 2010 г. этот вклад планируется довести до 12% (25 стран ЕС)¹² , что обусловлено необходимос­тью защиты окружающей среды, особенно от транспортных выбросов, и уменьшения зависи­мости ЕС от импорта энергоносителей.

Вышесказанное может отразиться и на эк­спорте российских энергоносителей, хотя Рос­сия может восполнить возможные потери в эк­спорте традиционных энергоносителей произ­водством и экспортом экологически чистых видов топлива.

Таблица1.2

Рост вклада биомассы в общее потребление энергии в отдельных странах¹³

Страны	Традиционная биомасса (в процентах к общему использованию энергии)
	1980 г.	1997 г.
Дания	0,4	5,9
Япония	0,1	1,6
Германия	0,3	1,3
Нидерланды	0,0	1,1
Швеция	7,7	17,9
Швейцария	0,9	6,0
ОК (Англия)	0,0	3,3
США	1,3	3,8

Основными направлениями использования биомассы в целях энергетики Европейского Со­юза¹⁴ являются:

производство пеллет и древесной щепы (пря­мое сжигание);

газификация и пиролиз («синтез»- газ или по-европейски — «биосингаз», «сингаз»», ме­танол для транспорта);

производство биоэтанола;

производство биодизельного топлива;

производство биоводорода;

производство биогаза.

Прогноз потребления биотоплив в Европе 2005, 2010 и 2020 гг. дает соответственно 5,0, 17,0 и 37,0 млн. т н.э./год при стоимости 1 т н.э. — 350 - 450 EURO.

Наиболее перспективные виды биотоплива с точки зрения возможности производства электроэнергии в России.

Производство пеллет. Использование древесины. Россия может стать крупным экспортером древесной щепы и пеллет для Европы и других стран. Россия — мировой лидер по лесным ресур­сам — обладает четвертой частью мировых запа­сов древесины, оцениваемых в 82 миллиарда м³ или 41 млрд. т. Леса занимают 2/3 территории России, их площадь составляет 1,2 млрд. га.

В целях энергетики без нанесения ущерба для лесных плантаций можно перерабатывать, как минимум, до 0,16% ежегодно, или 130 м³ древесины (65 млн. т). Стоимость экспорта та­кого количества может составить 3,9 млрд. EURO, а энергоемкость — 1,1*1018 Дж. Наиболее распространенным является перевод котельных с жидкого топлива или угля на древесные отходы, что требует реконструкции топочных устройств и создания необходимой инфраструктуры хранения и подготовки топлива. Сейчас в России появляются специальные котельные для сжигания древесных отходов достаточно крупного размера, сконструированные по новым технологиям, КПД которых достаточно высок.

Для производства пеллет можно использо­вать солому злаковых и крупяных культур, мас­са которой ежегодно составляет 80 - 100 млн. т.

Экспорт пеллет только из половины этой мас­сы может дать до 1,2 млрд. EURO. Суммарные же потенциальные возможности от производ­ства и экспорта пеллет для России могут соста­вить 5,1 млрд. EURO в год.

Однако переработка соломы и древесины в таком объеме требует больших инвестиций для создания производственных мощностей и инф­раструктуры.

Газогенерация и пиролиз. Предварительные расчеты, проведенные в Принстонском университете, показывают, что турбогенераторы, работающие на продуктах газификации биомассы, могут успешно конкурировать с традиционными тепловыми, ядерными и гидравлическими энергоустановками. Наиболее перспективными областями применения таких турбогенераторов уже в ближайшем будущем могут стать отрасли экономики, в которых скапливаются большие объемы биомассы (в частности, сахарные и винокуренные заводы, перерабатывающие сахарный тростник). В этой области биоэнергетики и в создании современного оборудования для газификации твердой биомассы (древесины, лузги, ТБО) в Рос­сии достигнуты вполне реальные успехи.

Компанией «ЭНЕРГОТЕХНИКА» создано несколько типов газогенераторов:

Рис. 1.2. Газогенератор

УТГ-600

газогенератор Г-3М мощностью 4 МВт, ис­пользующий в качестве топлива лузгу подсол­нечника. Расход топлива — 30 т/час, к.п.д. 86%, место установки — г. Пологи Запорожс­кой обл., Украина;

газогенератор Г-50 мощностью 100 кВт с рас­ходом топлива 40 кг/час, к.п.д. 76% и выхо­дом сухого газа 70 м³/час;

газогенератор УТГ-600 мощностью 600 кВт с к.п.д. 83%, расходом топлива 380 кг/час и выходом сухого газа 500 м³/час (рис. 1.2).

При переработке вышеуказанных потенци­альных объемов древесины и соломы метода­ми газификации в «синтезгаз» можно получать в год до 85 млрд. м³ «синтезгаза» на сумму 15 млрд. EURO¹⁵ .

Производство биогаза. В силу целого ряда топливно-энергетических, экономических, экологических и климатических причин в России (ранее в СССР) с начала 80-х го­дов в соответствии с решениями Правительства ведущее место в направлении использования био­массы для целей энергетики, помимо газифика­ции древесины и лигно-целлюлозных материа­лов, занимало развитие биогазовых технологий по производству биогаза, тепловой и электричес­кой энергии из органических отходов сельскохо­зяйственного производства, пищевой и легкой промышленности, а также стоков и твердых бы­товых отходов городов. В данном направлении были достигнуты ощутимые практические ре­зультаты, позволяющие внедрять эти технологии в любой глубинке России, в любом маленьком го­родке, деревне или отдельном хуторе.

Россия ежегодно накапливает до 300 млн. т (по сухому веществу) органических от­ходов: 250 млн. т в сельскохозяйственном производстве, 50 млн. т — ТБО, являющих­ся прекрасным сырьем для производства био­газа. Потенциальный объем ежегодно произ­водимого биогаза может составить 90 млрд. м³, что эквивалентно 40 млн. т н. э. на сумму 20 млн. EURO. Общая потенциальная сто­имость производимых в России биотоплив (сингаз и биогаз) может быть доведена до 35 млрд. EURO в год.¹⁶