Использование возобновляемых источников энергии сопровождается определенными затратами, которые всегда стоит оценивать, чтобы достичь хорошей энергетической эффективности способа реализации энергетического потенциала сырья. Для этого следует сопоставлять объем полученной энергии от такого сырья с энергией, которая затрачена на создание и обеспечение работы определенного биоэнергетического оборудования. Для оценки этого соотношения группой специалистов предложено использовать коэффициент выхода энергии EYCNR.
Такой коэффициент показывает соотношение совокупного производства энергии на основе определенного оборудования (то есть, энергии «на выходе») до полных затрат невозобновляемой первичной энергии, необходимой для создания самого энергооборудования, обеспечивающего работу в течение всего времени производства и затраты на утилизацию оборудования после завершения срока эксплуатации (невозобновляемая энергия «на входе»).
Особенностью показателя EYCNR является то, что «на входе» учитываются расходы только невозобновляемой энергии, и восстановительное источник энергии не входит в общую сумму. При таком подходе очевидно, что EYCNR > 1 для установок, работающих на возобновляемых источниках энергии (ВИЭ). Есть определенные работы других исследователей, которые указывают на то, что для высокой энергетической эффективности энергетические установки на ВИЭ должны иметь EYCNR > 2, наиболее рекомендуемое значение составляет 5.
Конкретное значение коэффициента зависит от соотношения многих факторов (вид биомассы/биотоплива, мощности и КПД энергоустановки, расстояния и способа транспортировки биомассы и др.). Теплоэлектростанции на биомассе имеют более низкие показатели (ниже 5, порой EYCNR < 2). Производство только электроэнергии из биомассы менее эффективно, чем производство тепла или комбинированный способ: получение одновременно тепла и электроэнергии. Для биоэтанола и биодизеля этот коэффициент не очень определен и по некоторым данным является существенно ниже значения 2.
Производство тепловой энергии из биомассы в котельных установках имеет высокую энергетическую эффективность. В опубликованной статье рассмотрим три вида биомассы – отходы лесозаготовок, мискантус и энергетические тополя. Также показана оценка трех видов технологий газификации – газификация в потоке с кислородным дутьем, газификация в циркуляционном кип’ячому слое с кислородным дутьем и газификация с паровым дутьем в двух реакторах циркуляционного кипящего слоя (ЦКС). Проведено сравнение с работой газового котла.
Результаты исследований показали, что прямое сжигание, газификация в потоке и газификация в ЦКС имеют значение EYCNR = 5,5…8. Для газификации в двух реакторах ЦКС коэффициент выхода энергии EYCNR = 9…11. Самый высокий коэффициент дает мискантус, далее лесные отходы. Для газового котла EYCNR = 0,73.
Производство электроэнергии из биомассы рассмотрим на примере испанской ТЭС мощностью 25 МВте. Сырьем является тюкованная солома, которая специально выращивается для использования в виде топлива. Урожайность исследуемых культур находится в пределах 3…11 сух.т/га. Это существенно влияет на энергетические и экологические показатели ТЭС. Расход топлива на сбор биомассы (скашивания, тюкования) существенно зависит от урожайности на конкретном участке земли. Сравнение показателей дало следующие цифры: расход дизтоплива колеблется от 11,6 до 18,6 л/га при скашивании и от 7,8 до 14,9 л/га при тюкуванні.
Доля затрат дизтоплива на сельскохозяйственные операции в общем энергетическом балансе установки «на входе» теплоэлектростанции составляет 25…30%. Коэффициент выхода энергии для этой теплоэлектростанции может изменяться от 1,1 до 3,5. Это означает, что в зависимости от затрат энергии на сбор и подготовку биомассы работа ТЭС может быть достаточно эффективной, с точки зрения энергетического баланса (EYCNR > 2), так и энергетически неэффективной (EYCNR < 2). Предел урожайности сельскохозяйственных культур порядка 7 сух. т/га.
Материал подготовлен на основе статьи
Гелетуха Г.Г., канд. тех. наук, Железная Т.А. , канд. тех. наук, Дроздова А.Ы.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
ТЕХНОЛОГИЙ ПРОИЗВОДСТВА ЭНЕРГИИ ИЗ БИОМАССЫ. ЧАСТЬ 1.
Институт технической теплофизики НАН Украины,
ул. Желябова, 2а, 03680, Киев, Украина. УДК 620.92
