2020-05-21
86
Энергия биомассы и методы ее преобразования
Биомасса как источник энергии [1], [2, С. 106–107, 110–111], [3, С. 20–22, 25]
Биомасса – это все виды веществ растительного и животного происхождения, продукты жизнедеятельности организмов и органические отходы, образующиеся в процессах производства, потребления продукции и на этапах технологического цикла отходов. То есть к биомассе может быть отнесена любая органика, образующаяся за счет фотосинтеза – преобразования солнечной энергии в химическую энергию растений, которая в дальнейшем может быть превращена при сжигании в тепловую энергию.
Реакцию фотосинтеза, происходящую в зеленых растениях, схематично можно представить уравнением
 .
| (7.1) |
Из уравнения видно, что в растениях в результате взаимодействия углекислого газа и воды образуются углеводы (например, глюкоза) и выделяется кислород. Для протекания такого процесса необходимы углекислый газ и вода.
Растения в результате фотосинтеза ежегодно аккумулируют около 2·1011 т углерода с общим энергосодержанием 3·1021 Дж, что в 10 раз превышает годовое потребление энергии человечеством.
|
|
|
Энергетическое использование биомассы реализуется по трем основным направлениям:
– непосредственное сжигание биомассы (древесины, водорослей, растений) в атмосфере воздуха;
– извлечение из биомассы таких энергоносителей, как биогаз и спирты;
– использование теплоты, выделяемой при брожении органическими отходами (навоз, помет, опилки и т.п.), для обогрева парников, теплиц и других объектов.
При сжигании биомассы в атмосфере воздуха может быть получено до 21,5 МДж тепловой энергии на 1 кг сжигаемого растительного материала. В качестве топлива для прямого сжигания наиболее часто применяется древесина, однако также достаточно широко используются отходы сельскохозяйственной продукции, навоз, твердые муниципальные отходы.
Традиционные способы непосредственного сжигания древесины весьма неэффективны. КПД дровяных печей в различных странах варьируется от 10 до 30 %. Для повышения эффективности прямого сжигания древесины в настоящее время разработан ряд способов таких, как циклонный, сжигание в псевдоожиженном слое.
Биогаз в основном получают из отходов растениеводства и животноводства. Хотя он и не является высококачественным энергоносителем, но в настоящее время используется, в том числе, и для выработки электроэнергии. Спирт, извлекаемый из растительных отходов, может использоваться в качестве жидкого топлива, а также рассматривается как перспективное альтернативное моторное топливо для наземных транспортных средств.
Потенциал отходов агропромышленного комплекса и населенных пунктов, способный быть превращенным в энергию при существующем уровне технологий и оборудования, эквивалентен выработке электроэнергии на 4…5 крупных АЭС.
|
|
|
Литература
1. http://www.altenergo.su/biogas/
2. Баранов, Н.Н. Нетрадиционные источники и методы преобразования энергии: учебное пособие для вузов / Н.Н. Баранов. – М.: Издательский дом МЭИ, 2012. – 384 с.
3. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: учебное пособие / под ред. В.В. Денисова. – Ростов н/Д.: Феникс, 2015. – 382 с. + CD. – (Высшее образование). – Электронное приложение.
Энергия океана и методы ее преобразования
Океан как источник энергии [1, С. 124–130], [2, С. 125, 132–135, 146–147, 151–153]
Моря и океаны – огромный источник возобновляемой энергии. Основные формы энергии океана:
– тепловая энергия, поглощенная водой;
– механическая энергия приливов;
– механическая энергия волн;
– энергия океанических течений;
– энергия градиентов солености.
В результате поглощения энергии солнечного излучения поверхность Мирового океана нагревается. При этом самый верхний слой вод толщиной 25…50 м хорошо перемешивается волнами и течениями, а потому прогревается равномерно. Однако ниже температура резко падает; происходит как бы ее скачок. Под этим слоем толща воды еще холоднее, но температура в ней более плавно понижается с глубиной. На еще большей глубине вода почти однородна по температуре, так как в глубинах океанов в основном находятся воды, поступающие из полярных областей Земли. Вблизи экватора температура поверхностных слоев океана может достигать 25…30 °С. К северу и к югу от экватора температура воды понижается. В то же время температура глубинных слоев воды на 10…15 °С ниже.
Запасенная в океане тепловая энергия может быть оценена по формуле
 ,
| (7.1) |
где ρ, V, c – плотность, объем и удельная теплоемкость поверхностных вод; T 1, T 2 – температуры воды на поверхности океана и до которой можно эту воду охладить.
Мощность тепловых ресурсов океана оценивается примерно в 11 млрд. кВт (11 ТВт), что превосходит годовое производство электрической энергии во всем мире.
Литература
1. Баранов, Н.Н. Нетрадиционные источники и методы преобразования энергии: учебное пособие для вузов / Н.Н. Баранов. – М.: Издательский дом МЭИ, 2012. – 384 с.
2. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: учебное пособие / под ред. В.В. Денисова. – Ростов н/Д.: Феникс, 2015. – 382 с. + CD. – (Высшее образование). – Электронное приложение.
