22. Комбинированная выработка электроэнергии, тепла, пресной воды и минеральных веществ. Оценка мощности ГеоТэс.

Комбинированная выработка электрической и тепловой энергии - режим работы теплоэлектростанций, при котором производство электрической энергии непосредственно связано с одновременным производством тепловой энергии.

после сжатия в компрессоре рабочий газ имеет температуру значительно ниже температуры воздуха окружающей среды и в соответствии с законами термодинамики тепло из окружающей среды перетекает в рабочий газ азот, что обеспечивает высокую эффективность работы предлагаемого устройства. Кроме того, при извлечении тепла из воздуха окружающей среды его температура понижается, и содержащиеся в нем пары воды конденсируются, позволяя получать пресную питьевую воду.

Общая мощность геотермальных электростанций по всему миру - 10500 МВт.

Исходя из технических возможностей ГеоТЭС и ограничений по экологическим и экономическим причинам, развитие геотермальной электроэнергетики предполагается оптимальным по следующим приоритетным направлениям:

Создание достаточно крупных ГеоТЭС на базе высокотемпературных геотермальных месторождений с температурой более 1500С и единичной мощностью блоков 10-50 МВт; Развитие сети мелких ГеоТЭС с единичной мощностью 50 - 5.103 кВт; Создание комбинированных электростанций с использованием как теплоты геотермальных вод, так и теплоты, получаемой в результате сжигания органических видов топлива (нефти, газа, угля); Создание комбинированных электротехнологических узлов для получения электроэнергии, теплоты и получения ценных компонентов, содержащихся в геотермальных теплоносителях. Удельная стоимость первых экспериментальных ГеоТЭС с учетом стоимости геолого-разведочных работ достаточно высока и оценивается величиной до 5000 дол.США/кВт. В последующем, при выходе на серийные блоки мощностью 10-25 МВт удельная стоимость станций снизится до 2-2,5 тыс. дол.США/кВт. ГеоТЭС же мощностью 100 МВт и более будут стоить от 1200 до 2000 дол.США/кВт.

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

23. Биомасса. Биотопливо. Классификация биотоплива и его энергетические характеристики. Влагосодержание, плотность, теплота сгорания. Основные процессы переработки биомассы: термохимические, биохимические, агрохимические.

биомассы - органические соединения углерода, которые в процессе соединения с кислородом при сгорании или в результате ес­тественного метаболизма выделяют тепло. Посредством химических или биохимических процессов биомасса может быть трансформирована в такие виды топлива, как газообразный метан, жидкий метанол, твер­дый древесный уголь.

Биото́пливо — топливо из растительного или животного сырья, из продуктов жизнедеятельности организмов или органических промышленных отходов. Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель), твёрдое биотопливо (дрова, брикеты, топливные гранулы, щепа,солома, лузга) и газообразное (синтез-газ, биогаз, водород).

В качестве топлива биомасса характеризуется содержанием влаги и углерода. Влага присутствует в материале биомассы в виде внутри­клеточной и межклеточной воды, поэтому сушка биомассы может ока­заться обязательной.

Углеродные топлива могут классифицироваться по уровню вос­становления энергии. Важна и плотность биомассы. Обычно сухие биологические мате­риалы имеют плотность в 3.4 раза ниже, чем уголь. Доставка и пере­работка таких материалов из-за этого оказывается трудоемкой и дорого­стоящей, особенно если утилизация ведется вдали от источников произ­водства биомассы.

Термохимические процессы

Прямое сжигание для непосредственного получения тепла. Предпочтительно введение сухого гомогенного топлива.

Пиролиз. Биомассу нагревают либо в отсутствие воздуха, либо за счет сгорания некоторой ее части при ограниченном доступе воздуха или кислорода. Состав получающихся при этом продуктов чрезвычайно разнообразен. Здесь и газы, и пары, и жидкости, и масла, и древесный уголь. Изменение состава продуктов пиролиза зависит от температур­ных условий, типа вводимого в процесс сырья, способов ведения про­цесса. В некоторых случаях присутствие влаги необходимо, более того сырье обязательно должно быть влажным. Если основным продуктом пиролиза является горючий газ, то процесс называют газификацией.

Прочие термохимические процессы. Возможны различные ва­рианты предварительной подготовки сырья и проведения самих процес­сов. В промышленных масштабах они обычно ведутся при строгом кон­троле химического состава продуктов реакций. Особое значение имеют такие технологии, при которых целлюлоза и крахмалы превращаются в сахара для последующей ферментации.

Биомеханические процессы

Спиртовая ферментация. Этиловый спирт - летучее жидкое то­пливо, которое можно использовать вместо бензина. Он вырабатывается микроорганизмами в процессе ферментации. Обычно для ферментации в качестве сырья используют сахара.

Анаэробная переработка. В отсутствие кислорода некоторые микроорганизмы способны получать энергию, непосредственно перера­батывая углеродсодержащие составляющие при средних уровнях вос­становления производя при этом СО2 и СН4 (метан). Этот процесс также является ферментационным, но его принято называть сбраживанием по аналогии с процессами, идущими в пищеварительном тракте жвачных животных. Получаемая смесь СО₂, СН₄ и попутных газов называется биогазом.

Биофотолиз. Фотолиз - это разложение воды на водород и ки­слород под действием света. Если водород сгорает или взрывается в ка­честве топлива при смешении с воздухом, то происходит рекомбинация О₂ и H₂. Некоторые биологические организмы продуцируют или могут при определенных условиях продуцировать водород путем биофотоли­за.

Агрохимические процессы

Экстракция топлив. В некоторых случаях жидкие или твердые разновидности топлива могут быть получены прямо от живых или толь­ко что срезанных растений. Сок живых растений собирают, надрезая кожуру стеблей или стволов, из свежесрезанных растений его выдавли­вают под прессом. Хорошо известный подобный процесс - получение каучука. Родственное каучуконосам растение Герея (также из рода Эу- форбия) производит углеводороды с более низкой, чем у каучуконосов, молекулярной массой, которые могут использоваться в качестве заме­нителей бензина.

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

24. Производство биомассы для энергетических целей. Энергетические фермы. Кругооборот энергии и вещества.

Энергетические фермы. Этот термин используется в очень ши­роком смысле, обозначая производство топлива (энергии) в качестве основного или дополнительного продукта сельскохозяйственного про­изводства (поля), лесоводства (леса), аквакультуры (пресные и морские воды), а кроме того, те виды промышленной и бытовой деятельности, в результате которых образуются органические отходы. Основной целью переработки сырья могло бы быть исключительно производство энер­гии, но более выгодно найти наилучшее соотношение между получени­ем из различных видов биомассы и энергии, и биотоплива.

Наиболее характерный пример энергетических ферм представля­ют собой предприятия по выращиванию и комплексной переработке са­харного тростника. Производство зависит от сжигания отходов перера­ботки тростника, необходимого для снабжения энергией всей техноло­гической цепи. При надлежащей механизации можно было бы получить дополнительную энергию для производства на продажу побочных про­дуктов (патоки, химикатов, корма для животных, этилового спирта, строительных материалов, электроэнергии). Следует отметить, что эти­ловый спирт и электроэнергию можно использовать для выращивания культур и выполнения транспортных операций.

25. Технико-экономические и экологические показатели процессов переработки биомассы. Сжигание. Пиролиз. Газификация. Спиртовая ферментация. Анаэробное сбраживание. Биогазогенераторы.

В качестве топлива биомасса характеризуется содержанием влаги и углерода. Влага присутствует в материале биомассы в виде внутри­клеточной и межклеточной воды, поэтому сушка биомассы может ока­заться обязательной.

Углеродные топлива могут классифицироваться по уровню вос­становления энергии. Важна и плотность биомассы. Обычно сухие биологические мате­риалы имеют плотность в 3.4 раза ниже, чем уголь. Доставка и пере­работка таких материалов из-за этого оказывается трудоемкой и дорого­стоящей, особенно если утилизация ведется вдали от источников произ­водства биомассы.

При сгорании энергия биотоплива рассеивается, но продукты сгорания могут вновь преобразовываться в биотопливо путем естественных экологических или сельскохозяйственных процессов. Та­ким образом, использование промышленного биотоплива, будучи хо­рошо увязанным с природными экологическими циклами, может не да­вать загрязнений и обеспечивать непрерывный процесс получения энер­гии

Прямое сжигание для непосредственного получения тепла. Предпочтительно введение сухого гомогенного топлива.

Пиролиз. Биомассу нагревают либо в отсутствие воздуха, либо за счет сгорания некоторой ее части при ограниченном доступе воздуха или кислорода. Состав получающихся при этом продуктов чрезвычайно разнообразен. Здесь и газы, и пары, и жидкости, и масла, и древесный уголь. Изменение состава продуктов пиролиза зависит от температур­ных условий, типа вводимого в процесс сырья, способов ведения про­цесса. В некоторых случаях присутствие влаги необходимо, более того сырье обязательно должно быть влажным. Если основным продуктом пиролиза является горючий газ, то процесс называют газификацией.

Газифика́ция — преобразование органической части твёрдого или жидкого топлива в горючие газы при высокотемпературном (1000—2000 °C)нагреве с окислителем (кислород,воздух, водяной пар, CO₂ или, чаще, их смесь). Полученный газ называют генераторным по названию аппаратов, в которых проводится процесс — газогенераторов. Сырьём для процесса обычно служат каменный уголь, бурый уголь, горючие сланцы, торф, дрова, мазут, гудрон. Совокупность процессов, протекающих в ходе газификации твёрдых горючих ископаемых — пиролиз, неполное горение, полное окисление — называют конверсией.

Спиртовая ферментация. Этиловый спирт - летучее жидкое то­пливо, которое можно использовать вместо бензина. Он вырабатывается микроорганизмами в процессе ферментации. Обычно для ферментации в качестве сырья используют сахара.

Анаэробная переработка. В отсутствие кислорода некоторые микроорганизмы способны получать энергию, непосредственно перера­батывая углеродсодержащие составляющие при средних уровнях вос­становления производя при этом СО2 и СН4 (метан). Этот процесс также является ферментационным, но его принято называть сбраживанием по аналогии с процессами, идущими в пищеварительном тракте жвачных животных. Получаемая смесь СО₂, СН₄ и попутных газов называется биогазом.

Биогазогенераторы предназначены для получения горючего газа метана путём разложения органических пищевых и кухонных отходов анаэробными бактериями. Полученный с помощью газогенератора газ метан используется в качестве топлива.

Матвеева А.А. стр. 4707.03.2017