Биотопливо

 

 

 

 

Для примера можно  рассмотреть ТЭЦ, которая работает на биомассе с ОЦР (органический цикл Ранкина).

Общие сведения

Установку ТеплоЭлектроЦентрали на биомассе с ОЦР ввели в эксплуатацию в Австрии на заводе «STIA» в 1999 году. Данная установка предназначалась для передачи электроэнергии деревообрабатывающему заводу и местному монастырю.  За счет получения тепла от одного котла на биомассе и двух на мазуте удовлетворялись все технологические и отопительные потребности завода. Теплоснабжение монастыря осуществляли три топки, которые работали на мазуте. Через некоторое время старые установки уже не соответствовали техническим стандартам, и руководство завода «STIA» приняло решение об их замене на новую систему, полностью работающую на биомассе. Это был первый демонстрационный проект, реализуемый в рамках ЕС-15, предусматривающий разработку установки ТЭЦ на биомассе с орг. циклом Ранкина. Раньше технологии ОЦР применялись только на геотермальных установках и не использовались в работающих на биомассе.

Описание ТЭЦ

Установка имеет два котлоагрегата. Первый включает тепловой котел, номинальная мощность которого . Второй - водонагревательный  котел (номинальная мощность ).  Не подвергавшиеся хим. обработке древесные отходы и опилки применяются в качестве топлива. За каждой топкой есть электроосадитель, который соединен с блоком конденсации топочного газа. При введении в эксплуатацию новой ТЭЦ на биомассе были остановлены пять прежних котлов на мазуте; в качестве резервных применяются два котла.

Процесс ОЦР (с номинальной  тепловой мощностью и номинальной электрической ) соединяется с топкой на биомассе через цикл теплового масла и котел с тепловым маслом. Схема ОЦР представлена на рис. 1. Органический цикл Ранкина – это целиком замкнутый процесс, где как органическое рабочее тело используется безвредный для окр. среды кремний. Под давлением подаваемый в испаритель, кремний сначала испаряется, а потом расширяется в осевой двухступенчатой турбине, которая соединена напрямую с асинхронным генератором.  Далее расширившееся масло проходит через регенератор (где совершается рекуперация тепла) и попадает в конденсатор. При температуре 80 – 90 происходит конденсация кремния. Затем рабочее тело в жидком состоянии попадает в питательные насосы и вновь достигает нужного давления горячей стороны цикла.

 Рис. 1. Схема процесса ОЦР

С помощью котла с тепловым маслом обеспечивается выработка тепла согласно базовой нагрузке установки. Водонагревательный котел обыкновенного типа запускается, если необходимость в теплоте больше мощности котла теплового масла. Новая ТЭЦ на биомассе осуществляет снабжение теплом небольшой длины сеть (470 м).  Такая короткая сеть обеспечивает высокий показатель тепловой мощности и низкие тепловые потери.

Применение нового, безвредного с точки зрения экологии, органического рабочего тела является одной из инноваций установки на биомассе. По сравнению с процессами ОЦР геотермальных установок, которые предназначены только для выработки электричества, в данной ТЭЦ процесс ОЦР проходит с более высокими температурами, чем и обусловлена необходимость применения именно кремния.

Другой инновацией является первое применение ТЭЦ с ОЦР, которая  соединена с топкой через цикл теплового масла. К сожалению, некоторые  эксплуатационные проблемы, возникающие  при работе установки, решены не были, поэтому другие инновационные аспекты  были заменены стандартными.

Финансирование

Общие затраты на создание установки на биомассе (не учитывая водонагревательный котел) составили примерно 3,2 млн. евро, учитывая стоимость распространения информации и мониторинг. На эксплуатацию и тех. обслуживание ТЭЦ выходит примерно 381000 евро в год:

- на персонал 34000 евро  в год;

- на потребности в производстве  дополнительной энергии 26000 евро  в год;

- на топливную биомассу 256000 евро в год (примерно 67%);

- на тех. обслуживание  и ремонт 50000 евро в год;

- прочие затраты (страховые,  административные и т.д.) 10000 евро  в год.

Приведенные данные демонстрируют  одно из самых важных достоинств технологии ОЦР – невысокие объем тех. обслуживания  и необходимость  в персонале.

Результаты

Весь первый год рассматриваемая  установка работала с неизменной производительность. Она была отключена лишь на несколько дней в период лета для проведения тех-обслуживания, а также из-за неполадок (в частности, ошибок измерения параметров)  в различных измерительных приборах. После проведения монтажных и испытательных мероприятий, в связи с нерешенными эксплуатационными проблемами, из установки были исключены два конструктивных элемента системы, в работе которых и были обнаружены данные проблемы:

- ротационный сепаратор  частиц;

- система для подачи  клеевой жидкости.

Суммарный объем произведенной  э/э в 2001г. превзошел отметку в 1900 МВт (4 750 рабочих часов под полной нагрузкой). Значение промышленного КПД по э/э держалось на уровне 18% (при частичной нагрузке), что немаловажно при рабочем режиме, который заключается в регулируемом производстве теплоты. Тепловая мощность на выходе составляет около 10000 МВт. Прибыль от продажи э/э и тепла равна, соответственно, 620 000 и 210 000 евро/год.

Новая ТЭЦ дает возможность  прекратить использование в бенедиктинском монастыре только ископаемого топлива, а также использование его на деревообрабатывающем предприятии “STIA”. Кроме того, путем замены пяти старых котлоагрегатов, было частично прекращено использование мазута в качестве ресурса для производства э/э. Новые установки производят низкие уровни выбросов, что является сдерживающим фактором для изменения климата, а так же снижают степень загрязнения воздуха в регионе.

Уровень выбросов CO2 снизился до 68% (2800 т усл. толпива, пересчитывая на нефть* / год), SO2 – 86% (15 т*/год), NOX – 48% (11т*/год), CO – 77% (21т*/год), пыль – 75% (10т*/год), а также уровень выбросов общего числа органических соединений был снижен до 44% (4/год).

Новым техническим стандартом ТЭЦ, которые работают на биомассе, в мощностном диапазоне от 0.3 … 1.2 МВт, стали результаты проекта. В 2002г. в г.Льенц в эксплуатацию была введена новая установка, значительно крупнее предыдущих, работающая на биомассе системы централизованного теплоснабжения, номинальная мощность которой не превышает 1МВт. Кроме того, было начато возведение еще четырех ТЭЦ с ОЦР. Весь проект служит образцовой моделью для работающих на биомассе децентрализованных установок в промышленной сфере лесообработок, а также установок региональных систем предназначенных для централизованного теплоснабжения.

Нельзя игнорировать тот  факт, что древесина, даже  являясь  возобновляемым источников энергии, может  быть эффективным ресурсом лишь в  том случае, когда скорость прироста древесных ресурсов выше скорости их уничтожения. Возобновление может  быть как в природном лесу, так  и на искусственных плантациях, на которых рост значительно быстрее. Древесные ресурсы из всех мировых  источников можно распределить на несколько  основных групп по расходу материала:

- тепловая энергия (реакция  горения);

- строительные материалы;

- бумажно-целлюлозное производство;

Сюда же можно отнести  и обширные сжигания лесных массивов в процессе санитарных рубок.

 Расходы древесины  на топливо во многих странах  (Кения, Непал, Судан) значительно  превышают ее прирост, что ведет  к истощению топливных запасов.  Нельзя также забывать, что прирост  населения тех стран, что были  перечислены ранее, составит (2…3)% / год. Это вызывает резкую нехватку топлива, предназначенного для приготовления пищи. Для устранения этого нужно переходить на куда более эффективные способы приготовлении пищи.