Elektrane Na Biomasu i Otpad

  • Published on
    16-Dec-2015

  • View
    10

  • Download
    5

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Seminarski rad iz predmeta "Uvod u energetske sisteme"

Transcript

<p>SEMINARSKI RADIZ PREDMETA UVOD U ENERGETSKE SISTEME</p> <p>ELEKTRANE NA BIOMASU I OTPAD</p> <p>STUDENTI</p> <p>Nermin JahiSamir HujdurEmir Klopi</p> <p>UNIVERZITET U TUZLIFAKULTET ELEKTROTEHNIKE</p> <p>Tuzla, maj 2015. godine</p> <p>Saetak</p> <p>Tema seminarskog rada je elektrane na biomasu i otpad. Seminarski rad je podjeljen u dvije cjeline: biomasa i elektrane ne biomasu.Uvodni dio seminarskog rada sadri openite podatke o biomasi kao to su podjela biomase, transformacija biomase te energetske vrijednosti razliitih tipova biomase. U nastavku su kratko opisane vrste biomasa tj odake se dobijaju i njihova primjena u industriji. Takode je i spomenuto par tehnologija za preradu biomase, te procese za pretvorbu biomase u iskoristivu elektrinu energiju.Drigi dio seminarskog rada sadri podjelu elektrana u ovisnosti od vrste biomase te metode izgaranja.Na kraju rada razmotrene su prednosti i nedostatci u koristenju biomase kao izvor energije.</p> <p>Sadraj1 .Biomasa12 .Vrste biomase22.1Biomasa iz drvne industrije22.2Poljoprivredna biomasa22.3Energetski nasadi32.4Biomasa sa farmi ivotinja32.5Biogoriva32.5.1Prva generacija biogoriva32.5.2Bioalkoholi42.5.1Biodizel42.5.2Biljno ulje52.5.3Bioplin52.5.4Druga generacija biogoriva52.5.5Trea generacija biogoriva52.6Gradski otpad53 .Primarne tehnologije prerade biomase63.1Briketiranje i peletiranje63.2Biohemijska prerada73.2.1Digestija (razgradnja)74 .Procesi pretvorbe biomase u iskoristivu energiju84.1Toplotna pretvorba84.2Hemijska pretvorba84.3Biohemijska pretvorba85 .Elektrane na biomasu i otpad105.1Bioelektrane na drvnu biomasu125.2Bioelektrane na nedrvnu biomasu125.3Bioelektrane na deponijski plin136 .Tehnologije izgaranja146.1Tehnologija izgaranja na reetci146.2Tehnologija izgaranja u fluidiziranom sloju157 .Kogeneracijska postrojenja na biomasu177.1Indirektni plinsko-turbinski process187.2Direktni plinsko-turbinski process188 .Prednosti koritenja biomase199 .Nedostatci biomase20Zakljuak21Bibliografija22</p> <p>Popis slika</p> <p>Slika 1. Pelet1Slika 2. Biootpad2Slika 3. Izbor osnovne sirovine za dobijanje biodizela u Europi4Slika 4. Pretvorba biomase9Slika 5. Shema procesa u bioelektrani10Slika 6. Shema bioelektrane11Slika 7. Tipovi loita14Slika 8. Postrojenje u kojem se upotrebljava fluidizirani sloj kao tehnika izgranja16</p> <p>Popis skraenica</p> <p>BIHBosna i HercegovinaCHP Combined Heat and Power</p> <p>Biomasa</p> <p>Opti pojam biomase je veoma irok i podrazumijeva organsku materiju biljnog i ivotinjksog porijekla. Biomasa se odnosi na ivuu ili donedavno ivuu materiju, koja se moe koristiti kao gorivo ili za industrijsku proizvodnju. Biomasu ine proizvodi biljnog i ivotinjskog svijeta, u to se ubrajaju neiskoriteni djelovi umarsko-drvne industrije, poljoprivredne proizvodnje, prehrambene industrije, komunalnog otpada organskog porijekla i sl. Slika 1. PeletPrema procentima od ukupno nastale biomase na Zemlji iskoristi se manje od 4%. Energetska primjena biomase veim djelom je ograniea na drvo kao gorivo za loenje, pto nije ekoloki opravdano. Primarna prednost biomase kao izvora energije je u njenoj obnovljivostiKoritenje biomase u BiH ima znaaj za trenutno rjeavanje problema manjka energije i njene visoke cijene. Biomasa ne ukljuuje organske tvari koje su promijenjene raznim geolokim procesima.Biomasa se koristi za generiranje toplote koja se moe onda iskoristiti izmeu ostalog i za proizvodnju elektrine energije. Kao najjednostavniji primjeri biomase mogu se spomenuti mrtvo drvee i drveno iverje koji su pokazali vrlo velik potencijal kao izvor energije. U biomasu se takoe ubrajaju biljni i ivotinjski materijali koriteni prilikom proizvodnje raznih vlakana i hemikalija. Biomasa ima veoma dugu istoriju jer je u svojim osnovnim oblicima koritena od samih poetaka ovjeanstva. Paljenje drvea u peinama moe se smatrati prvim primitivnim koritenjem biomase za dobijanje energije: tu se radi o pretvaranju energije iz organskih materijala u toplotu. Jednostavno reeno vatra pretvara organski materijal iz drva u toplotu. Energija biomase dobija se iz pet razliitih izvora: smea, drvne mase, raznih otpada, otpadnih plinova i alkoholnih goriva. Biomasa moe biti relativno jednostavno prevedena u upotrebljive izvore energije poput metana ili goriva za transport poput etanola i biodizela. Postoje razne tehnologije iskoritavanja energije iz biomase: direktno za grijanje, pretvaranje toplote u elektrinu energiju, pretvaranje u neki drugi oblik goriva poput tekuih biogoriva ili zapaljivog bioplina. Biomasa svakim danom postaje sve popularnija i prihvaenija irom svijeta. Biomasa se i dalje spominje u mnogim debatama kod kojih se razrauju prednosti i mane, naroito kad se biomasa uporedi s ostalim obnovljivim izvorima energije. Usprkos raznim miljenima, veina naunika i dalje tvrdi da biomasa ima mnoge prednosti pred fosilnim gorivima i da znatno pridonosi smanjenju ukupne emisije ugljikovog dioksida u atmosferu. </p> <p>Vrste biomase</p> <p>Biomasa dolazi u: vrstom stanju (briketirana biomasa), tenom stanju (biodizel, bioetanol, biometanol), gasovitom stanju (biogas, deponijski gas).</p> <p>Slika 2. Biootpad1.1 Biomasa iz drvne industrije</p> <p>Biomasu iz drvne industrije ine ostatci i otpad pri rezanju, brusenju i drugim vrstama obrade drveta. Biomasu iz drvne industrije koristimo kao gorivo u kotlovnicama i kao sirovinu za proizvodnju briketa. Otpad koji optereuje poslovanje drvnih industrija je daleko opravdaniji nego koritenje fosilnih goriva.1.2 Poljoprivredna biomasa</p> <p>Poljoprivrednu biomasu ine ostatci jednogodinjih kultura kao to su: slama, kukuruzovina, oklasak, stabljike, ljuske, kopice.U naoj zemlji se ne vodi velika briga o ovom izvoru energije, pa ak moemo rei da drutvo i drava imaju podcjenivaki stav prema energiji poljoprivredne mase. Iskoristivovost biomase kukurzovine za energetsku primjenu iznosi najmanje 30%. Iako se to cini kao malo, za poljoprivredna podrucija gdje se proizvodnja kukuruza mjeru u stotinama hiljada tona to predstavlja znaajan izvor energije.1.3 Energetski nasadi</p> <p>Biljke bogate uljem ili ecerom kao pto su: Brzorastue drvee, Eukaliptus, Zelene alge.Osobine ovakvih energestkih nasada su : Kratka oplodnja, veliki prinost, Koritenje otpadnih voda,gnojiva i taloga (vegetacijski filteri), Izbjegavanje vikova u poljoprivrednoj proizvodnji.1.4 Biomasa sa farmi ivotinja</p> <p>Kao sirovine biomase sa farmi ivotinja koristi se: izmet ivotinja te spaljivanje leina, a krajnji produkt je biogas. Biogas je mjeavina metana, ugljen dioksida, i otprilike 2% ostalih gasova. Biogas je 20% laki od zrake, nema miris i boju. Njegova temperatura zapaljenja je izmeu 650 i 750 C, a gori isto plavim plamenom. Njegova kalorijska vrijednost je 20MJ/Nm3 i gori sa oko 60%-tnom efikasnou u konvencionalnim biogasnim peima.1.5 Biogoriva</p> <p>Biogoriva su goriva koja se dobivaju preradom biomase. Njihova energija je dobivena fiksacijom ugljika, tj. redukcijom ugljika iz zraka u organske spojeve. Ugljik u biogorivima dolazi iz atmosfere, odakle ga biljke uzimaju tijekom rasta. Biogoriva se najee koriste za prijevoz i u kuanstvu. Veina goriva za prijevozna sredstva su kapljevita jer vozila zahtijevaju veliku gustou energije. Veliku gustou energije najlake i najefikasnije je dobiti motorom s unutarnjim izgaranjem, a on zahtijeva da gorivo bude isto. Goriva koja najlake izgaraju su kapljevita i plinovita (mogu se ukapljivati), praktina su za prijenos i izgaraju isto (bez krutih produkata).1.5.1 Prva generacija biogorivaPrva generacija biogoriva su biogoriva sastavljena od eera, kroba, biljnog ulja i ivotinjskih masti, koritenjem konvencionalnih tehnologija. Osnovne sirovine za proizvodnju biogoriva prve generacije esto su itarice i sjemenje.1.5.2 BioalkoholiBioloki proizvedeni alkoholi, najee etanol, rijetko propanol i butanol, dobivaju se radom mikroorganizama i enzima - fermentacijom eera, kroba ili celuloze.Bioetanol predstavlja alternativu benzinu. Uglavnom se dobiva iz kukuruza i eerne tske, a moe se dobiti i od penice jeaa i krompira bioetanola da bi se proizveo isti rad. Prednost etanola je vei oktanski broj to omoguava vei kompresijski omjer motora za poveanu termalnu efikasnost.. Veina dananjih automobila moe voziti na mjeavine s 15% bioetanola i ostatkom benzina. Etanol ima manju gustou energije od benzina, tj. potrebna je vea masa Za proizvodnju metanola mogu se koristiti sirovine s visokim udjelom celuloze, kao to je drvo i neki ostaci iz poljoprivrede. Tehnologija je posve razliita od one za proizvodnju etanola. U prvoj se sirovina konvertira u plinoviti meuproizvod iz kojeg se sintetizira metanol. Slino kao etanol, metanol se moe koristiti kao dodatak benzinu ili kao posebno gorivo.5. BiodizelBiodizel je gorivo za motorna vozila koje se dobija od ulja uljane repice ili recikliranog otpadnog jestivog ulja. Sirovine biodizela su masti ivotinjskog podrijetla, biljna ulja, soja, goruica, suncokret, palmino ulje, alge, itd. Dobija se kroz proces esterifikacije, tako to biljno ulje reagira s metanolom i natrijevim hidroksidom kao katalizatorom, te nastaje ester masnih kiselina zajedno s ostalim nusproduktima: glicerolom, gliceridskim talogom i sapunom. Ulja se mjeaju sa natrijevim hidroksidom i metanolom te iz kemijske reakcije nastaje biodizel i glicerol. Biodizel je siguran za rukovanje i transport jer je biorazgradiv, 10 puta manje otrovan od kuhinjske soli i izgara na relativno visokoj temperaturi (148C).Izbor osnovne sirovine za dobijanje biodizela zavisi od specifi ni uslova i prilika u konkretnim zemljama, u Europi se za proizvodnju biodizela najvi e koristi ulje uljane repice (82,8%) i ulje suncokreta (12,5%), dok se u Americi najvi e koristi ulje soje, a u azijskim zemljama se koristi i palmino ulje.</p> <p>Slika 3. Izbor osnovne sirovine za dobijanje biodizela u Europi1.5.4 Biljno uljeJestivo biljno ulje se uglavnom ne koristi kao gorivo, ali manje kvalitetno ulje se moe koristiti za tu svrhu. Kako bi se osiguralo da ubrizgava pravilno raspruje gorivo za njegovo efikasno izgaranje, biljno ulje mora biti zagrijano da bi se smanjila viskoznost.1.5.5 BioplinBioplin je plinovito gorivo koji se dobiva anaerobnom razgradnjom ili fermentacijom organskih tvari, ukljuujui gnojivo, kanalizacijski mulj, komunalni otpad ili bilo koji drugi biorazgradivi otpad. Sastoji se uglavnom od metana i ugljikovog dioksida.1.5.6 Druga generacija biogorivaBiogoriva druge generacije su biogoriva dobivena iz odrivih sirovina. Odrivost sirovine se definira dostupnou sirovine, utjecajem na emisije staklenikih plinova i utjecajem na bioraznolikost i koritenje obradivih zemljita.1.5.7 Trea generacija biogorivaBiogoriva tree generacije su biogoriva proizvedena iz algi. Na temelju laboratorijskih ispitivanja alge mogu proizvesti i do trideset puta vie energije po hektaru zemljita od itarica kao to je soja.1.6 Gradski otpad</p> <p>Gradski otpad predstavlja zeleni dio recikliranog kunog otpada, biomase iz parkova i vrtova, mulj iz kolektora otpadnih voda. Gradski otpad zahtjeva velike investicijske trokove, ali iz zbrinjavanje otpada je ekoloki prihvatljivo.</p> <p>Primarne tehnologije prerade biomase</p> <p>Osnovni problem u preradi biomase je velika vlaga ,a nedostatak je mala energetskavrijednost po jedinici mase. Prerada biomase se vri sa ciljem pretvaranja biomase u pogodniji oblik za transport, skladitenje i upotrebu.Briketiranje i peletiranje</p> <p>Briketiranje i peletiranje biomase se vri radi smanjivanja zapremine biomase. Faze u procesu briketiranja su: Usitnjavanje sirovine do odreene granulacije, Suenje sirovinskog materijala do odreene vlanosti, Transport usitnjenog materijala Doziranje sirovine Presovanje u presama za briketiranje Skraivanje briketa na potrebnu duinu Hlaenje i pakovanje gotovih briketa Kod vlanih materijala ova procedura moe biti dopunjena internim skladitima i suarama koje treba da dovedu biomasu do potrebne vlanosti.Pod biobriketima podrazumijeva se proizvod tehnolokog procesa briketiranjaBriketiranjem se postiu sljede efekti: Poveanje gustine, Smanjuju se trokovi transporta, Smanjuje se potrebna zapremina za skladitenje, Bioloki procesi kvarenja biomase su manje izraeni, Poveava se efikasnost u procesu sagorijevanja.</p> <p>Nedostatci u procesu briketiranja: Potrebna je priprema materijala na odreenu vlanost i granulaciju, U izvjesnim sluajevima su neophodni aditivi, Mora se ulagati u novu tehnologiju koja je nuna za odvijanje procesa, Neophodna je potronja energije.Biohemijska prerada</p> <p>Digestija (razgradnja)Postoje dva osnovna tipa organske digestije: Aerobna dgestija (uz prisustvo kisika) i Anaerobna digestija (bez prisustva kisika). Svi organski materijali mogu biti razgraeni uz ova dva postupka, ali ce njihovi produkti biti razliiti.Aerobna dgestija proizvodi ugljen dioksid, amonijak i ostale gasove u manjim koliinama, veliku koliinu toplote i konani proizvod koji se moe upotrijebiti kao gnojivo.Anaerobna digestija proizvodi bioplin, vrlo malo toplote i konani proizvod sa veom koliinom azota nego to se proizvodi pri aerobnoj digestiji.</p> <p>2 . Procesi pretvorbe biomase u iskoristivu energijuToplotna pretvorba</p> <p>U procesima toplinske pretvorbe toplina je koritena kao dominantan mehanizam za pretvorbu biomase u neki drugi hemijski oblik. Energija dobivena izgaranjem biomase je najvie koritena u podrujima gdje ume rastu bre i gue. Postoje procesi koji slue kao meukoraci pri dobivanju iskoristive energije. Cilj takvih procesa jest prebacivanje postojee biomase u lake obradljivu formu. Toplinska pretvorba biomase koristi se i u tehnologijama poput CHP i tehnologije suspaljivanja (co-firing) ijim se koritenjem poveava sveukupna efikasnost.Hemijska pretvorba</p> <p>Hemijski procesi se koriste da bi se omoguila pretvorba biomase u neki korisniji oblik. U veini sluajeva prvi korak u hemijskim procesima sa biomasom jest plinifikacija, a taj korak je ujedno i najskuplji te predstavlja najvei tehniki rizik. Plinifikacija se odvija pri atmosferskom pritisku, jer za razliku od kapljevina i plinova, biomasu je puno tee pohraniti u nekakvu posudu pod pritisku. Posljedica odvijanja procesa plinifikacije pri atmosferskom pritisku jest nepoptuno izgaranje biomase zbog ega u dimnim plinovima postoje udjeli gorivih plinova poput ugljikovog monoksida, vodika i tragova metana.Biohemijska pretvorba</p> <p>Kako je biomasa prirodni materijal, mnotvo visoko efikasnih biokemijskih procesa je nastalo s ciljem da se razgradi struktura samog materijala biomase. U procesima biokemijske pretvorbe se koriste razliiti mikroorganizmi, bakterije i enzimi s ciljem razgradnje biomase. Mikroorganizmi se koriste u procesima fermentacije, kompostiranja i anaerobne digestije otpada.</p> <p>Slika 4. Pretvorba biomase</p> <p>Elektrane na biomasu i otpad</p> <p>Elektrane na biomasu i otpad su takva vrsta termoelektrana u kojima se umjesto konvencionalnih goriva, najee fosilnih: nafte, ugljena i plina, spaljuje biomasa i otpad, koji se nalaze u kategoriji obnovljivih izvora energije. Kao i u svakom termoenergetskom postrojenju u elektranama na biomasu i otpad nalaze...</p>