Биомассаны пайдалану жолдары. Энергия үнемдеуші технологиялар

Пән: Өнеркәсіп, Өндіріс
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 10 бет
Таңдаулыға:

Кіріспе
Негізгі бөлім

Биомассаны пайдалану жолдары
Энергия үнемдеуші технологиялар

Қорытынды
Пайдаланылған әдебиеттер

Кіріспе

Биомасса жанғыш тақтатастар, уран, көмір, мұнай және табиғи газдан кейін қазіргі уақытта қол жетімді энергия көздерінің алтыншы қоры. Шамамен жердің толық биологиялық салмағы 2, 4·1012 тонна мөлшерімен бағаланады. Биомасса тікелей күн, жел, су және геотермалды энергияларынан кейін өнімділігі бойынша бесінші жаңартылатын энергия көзі, Жыл сайын жер бетінде шамамен 170 млрд тонна бастауыш биомасса өндіріледі және шамамен сол мөлшер жойылады. Биомасса әлемдік экономикада пайдалануы бойынша ең ірі жаңартылатын ресурс (бір жылда 500 млн тоннадан астам) Биомасса жылу, электркуаты, биотын, биогаз (метан, сутегі) өндіру үшін пайдаланылады. Биомасса отынының басым бөлігі (80%), ең алдымен ағаш, дамып жатқан елдерде үй жылыту және тамақ дайындау үшін пайдаланылады.

Қуатты ұқыппен жұмсау заман талабына айналып отырғаны шындық. Әсіресе қарапайым халықтан бастап, ірі кешендерге дейінгі аралықтағы электр энергетикасының үнемшілдік қағидаттары туралы Елбасы Н. Назарбаев үнемі айтып келеді. «Қазақстан 2050-стратегиясы» жарияланған Жолдауда да бұл маңызды стратегиялық бағыт ретінде қарастырылып, Президент алдағы жылдары электр қуатын тұтынуды жылына 10 пайызға дейін үнемдеу мәселесін көлденең тартқан болатын. Сосын Елбасы Н. Назарбаев ағымдағы жылдың қаңтарында Үкіметтің кеңейтілген отырысында энергия тұтыну деңгейін төмендетіп, энергия үнемдеудің арнайы бағдарламасын әзірлеуді тапсырған еді. Осындай маңызды міндеттерді атқару мақсатында өткен жолғы Үкімет отырысында «Энергия үнемдеу-2020» бағдарламасы қабылданды. Бағдарлама ысырапшылдыққа тосқауыл тетіктерін қамтып, үнемдеудің кешенді шараларын қарастыратын болады.

II. 1. Биомассаны пайдалану жолдары

Әлемде мұнайды, көмірді және газды биоотынға ауыстыру жайлы мәселе талқылануда. Биоотының негізгі артықшылықтарының бірі парниктік газының шығарындыларын азайту. Алайда, бұл биоотын жанған уақытта атмосфераға көміртегі диоксиді аз түзіледі дегенді білдірмейді. Биоотын жанған кезде атмосфераға өсімдіктер бұрын сіңірген көміртегі кері қайтарылады да, сондықтан планетаның көміртек балансы өзгеріссіз қалады.

Қатты биоотын. Ең көп таралған өкілі - ағаш. Ағаш - адамдар бұрыннан қолданатын көне отын. Қазіргі таңда әлемде ағаш өңдеуге немесе биомассаға энергетикалық ормандар қолданады, олар тез өсетін түрлерін алады, масалы тал, теректер, эвкалипт, қараған, қант құрағы, жүгері және т. б. Оларды отырғызу шаршы-ұялы және шахмат әдісімен жүргізіледі. Энергетикалық ормандардың айналым кезеңі, яғни кесу уақыты 4-6 жылды құрайды. Энергетикалық биомассаның экологиялық артықшылықтары:

-топырақтың эрозиясын алдын алу;

-биомассаны жағу барысында атмосфераға CO ₂ бөлініп биоотын шикізатының өсуі кезінде өзіне сіңеді;

Зиммерингте (Австрия) орналасқан электрстанцияның биомассаны пайдалануы жарқын мысал болып табылады. Оның қуаттылығы - 66 МВт. Биомассаның жылдық тұтынуы - 190 мың тонна. Тағы бір, қатты биоотынның шамалы таралған түрі ағаш отын түйіршіктері болып табылады .

Ағаш отын түйіршіктері - ағаш қалдықтардан жасалған пресстелген бұйымдар: үгінді, жаңқалар, қабық, жіңішке өлшемелі және кондицияланбаған ағаштар, орман дайындау кезіндегі кескін қалдықтар, сабан, ауыл шаруашылық қалдықтары - күнбағыс дәнінің қауызы, жаңғақ қабығы, көң, құс қиы және басқа да биомассалар. Ағаш отын түйіршіктерін немесе пеллеттерді өндіру үрдісі келесідей: биошикізат ұнтағышқа енеді, кейін ұнтақ кептіргішке барып түседі, одан кейін арнайы сыққыш-түйіршіктеуге түседі. Ұнтақ сыққышқа түскен уақытта температура көтеріліп ағаштың құрамындағы лигнин жабысқақ болады, жасалып шығу барысында тығыз циллиндр тәрізді болады. Пеллеттерді қолдану бойынша дамушы нарықтық тұтынушы Еуропа Достығы елдері. Сонымен қатар, қатты биоотын түрлерінің ішінен отын брикеттерін атап өткен жөн. Брикеттер - кептірілген және брикеттелген биологиялық шығу тегі бар энергия тасымалдаушы, мысалы, олар өңделмеген немесе минималды дәрежедегі жағуға дайындайтын үгінділер, жаңқа, қабық, қауыз, кебек, сабан және т. б. Еуропада отын брикеттерін және пеллеттерді тұрғын үйлерді және өндірістегі бөлмелерді жылытуға қолданылады, ал жоңқаны көбінесе қуаттылығы бірнеше ондаған мегаватты ірі жылу электрстанцияларында жағады.

Сұйық биоотын. Сұйық биоотын - биоотынның келешегі бар классы. Биоотындар сұйық түрде іштен жану қозғалтқыштарына арналған, мысалы, этанол, метанол және т. б. Оны әр түрлі өсімдіктерден алады: бидайдан, қант қамысы, рапстан және ағаш өңдеу қалдықтарынан. Оны сұйық немесе мотор биоотыны деп атайды - өсімдік шикізатын өңдеу технологиясы барысында алынатын зат, оның негізінде табиғи биологиялық үрдісі қолданылады мысалы, ашу.

Биоэтанол. Қазіргі таңда биоэтанол өндірісі әлемдік деңгейде артып келе жатыр. Атап айтатын болсақ биоэтанолды ауыл шаруашылық дақылдарының ішінде; бидай, арпа, жүгері, қант қызылшасы, қант қамысы, рапс, картоп, күріш және басқа да агро өнімдерді өңдеу арқылы алуға болады.

Этанолдың танымал себебі оның өндірісінің экономикалық тиімділігінде жатыр, яғни рапстың тұқымының 2-4 т/га егілген өнімінен 1 гектар жерден 1-1, 5 тонна биоэтанол және 2-2, 5 тонна жоғары сапалы өсімдік азығын алуға болады. Өсімдіктен алынатын мотор отыны дизель отынының көрсеткішіне жақын. Осылайша биодизельді пайдалану барысында шығарындылар айтарлықтай ауаға аз түседі. Биоэтанолды өндіру нарығында ең белсенді «ойыншы» - Бразилия, оның үлесінің жалпы көлемі 48, 5%. Этанол Бразилияда қант қамысынан өндіріледі. 2013 жылдың желтоқсан айында MnCAR (Миннесота Автокөлік Зерттеу Орталығы) автокөлік транспортарында биоэтанолды қолдану тиімділігі атты зерттеулер нәтижелерін жариялады. Қарапайым автокөліктердің этанолды пайдалану бойынша зерттеу нәтижелеріне қызығушылық туды. Зерттеуге 2% -15% дейін этанол мен бензин қоспасы талқыға салынды. Іштен жаңу қозғалтқышы бар автокөліктер үшін Е30 (30% этанол және 70% бензин) ең оңтайлы қоспа болып табылды. Бұл қоспа жанар-жағар май құрамындағы октан санын 95 арттырып, отынды тұтыну 1%-ға төмендеді, отын көліктердің іштен жану қозғалтқышының жұмысын жақсартады. Бұл экономиканың тұрғысынан көп емес, бірақ әлде қайда экологиялық көрсеткіш бойынша маңызды. Отын ретінде биоэтанолды қолдану көміртек диоксидінің шығуын төмендетеді, яғни парник газын. Әрине, оның шығуының төмендеуі көптеген факторларға байланысты - қолданылатын өсімдік шикізаты, климаттық аймақ, шикізатты өсіру үшін қосымша шығындар, тасымалдау, қайта өңдеу. АҚШ-та 2008 жылдың жағдайы бойынша бидайдан этанолды өндіру барысында CO ₂ шығуының төмендеуі орташа есеппен 21% құраған. Егер, спиртті өндіру барысында оны табиғи газға айналдырғанда көмірқышқыл газының шығуы 29-35% төмендеуі мүмкін.

Биометанол. Биометанол - метанол, теңіз фитопланктондарын биотехнологиялық конверсиялау және дақылдандыру арқылы өңдегенде алынатын өнім. 70-ші жылдардың аяғы 80 жылдарың басында Еуропа қалаларында жағалаудағы теңіз фитопланктондарын биотехнологиялық конверсиялау және дақылдандыру арқылы өндірістік жүйеге бағытталған жобасы ұсынылды. Қазір бұл биоотынды өндіру бағытының болашағы бар деп есептелінеді, себебі фитопланктонның жоғары өнімділігі жылына 100 т/га, өнімді өндіру барасында тұщы су мен құнарлы топырақты керек етпейді және бұл процес ауыл шаруашылық өнімдермен бәсекелеспейді, энергия қайтару деңгейі жоғары.

Биодизель. Биодизель - өсімдік, жануар, микробтан шыққан майлар және олардан алынатын эфирден өндірілген биоотын түрі. Шикізат ретінде рапс, соя, пальма, кокос майы немесе кез-келген басқа да майлар, сондай-ақ тамақ өндірісіндегі қалдықтары, теңіз балдырлары қолданылады. Биодизель автокөлік қозғалтқыштарында пайдаланылады және ол таза күйінде немесе кәдімгі дизель отыны бар қоспалар ретінде пайдаланылуы мүмкін. Мұндай қоспалар қозғалтқыштың құрылымдық өзгерістерін қажет етпейді.

Биодизельді қолдану экологиялық тиімді екені дәлелденген және күмән келтіремейді:

-биодизельдің суға түсуі жануарлар мен өсімдік әлеміне зиян келтірмейді;

-топырақта және суда биодизель 25-30 күн аралығында толығымен ыдырайды;

-биодизельді жағу барысында өсімдіктерге қажетті көмірқышқыл газының көлемі жағу мөлшері бойынша бөлінеді;

-классикалық дизель отынына қарағанда биодизельдің құрамында күкірт болмайды;

-құрамында күкірт қосылыстарының болмауы кезінде кәдімгі минералдық дизель майлау қабілетін жоғалтады, ал құрамында күкірт аз биодизель майлайтын қабілетке ие болады.

Газ тәрізді биоотын. Газ тәрізді биоотын (биогаз, биосутегі) биомассаны ферменттеу немесе термиялық және биохимиялық процестерді пайдалану арқылы өңдеу нәтижесінен алынған өнім. Газ тәрізді биоотын түрінің ең көп таралған түрі - биогаз, ал өзгеше бір түрі биосутегі болып табылады. Биосутегі - термохимиялық, биохимиялық және басқа да әдістермен, мысалы балдырлар биомассасынан алынған сутегі.

Биогаз - көмірқышқыл газы мен метан қоспасынан тұратын органикалық қалдықтарды (биомассалар) ашыту арқылы алынған өнім. Биогазды өндірудің қазіргі технологиясы бойынша бактерияның үш түрін қолданады:

- гидролизды бактериялар;

- қышқыл түзуші бактериялар;

- метан түзуші бактериялар.

Биогазды алу үшін қажетті шикізат өте кең. Негізінен бұл органикалық қалдықтар: фекальды тұнбалар, қи, құс қиы, сыра астығы, қызылша сығындысы, өсімдік, тұрмыстық қалдықтар және т. б. яғни биогазды өндіру үшін тамақ өнеркәсібінің және ауылшаруашылық қалдықтарынан алына береді, сондай-ақ арнайы өсірілген энергетикалық өсімдіктер- сүрленген мал азығы, балдырлар. Қолданылып отырған технология және шикізаттың түріне байланысты 1 тонна қалдықтан 350 м³ газ бөлінеді. Мысалы, бір тонна ірі қара мал қиынан 70 м³ дейін биогаз, әр түрлі өсімдік қалдықтарынан 400 м³ биогаз, майдан 1400 м³ дейін метан алуға болады -бұл ерекше «биогазды рекорд» болып табылады. Биогаздың басты артықшылықтары оның жаңартылуы, жанармай алу үшін жергілікті шикізат көздерінің болуы, көшет әсерін және органикалық қалдықтарды жинау жүйесінен экологиляқ зардапты төмендету, экологиялық томаға-тұйық энергетикалық жүйесін қамтамсыз ету болып табылады. Биотыңайтқыштар артықшылықтар қатарына, мысалы, өсімдіктердің қоректенуін, олардың әр түрлі ауруларға және қолайсыз топырақ пен климаттық жағдайларға төзімділігін береді. Биотыңайтқыштарды пайдалану топырақтың жоғары тұздылығы, сонымен қатар химиялық тыңайтқыштарды қолданбауды, жер асты суларының ластанбау мәселелерін шешуге көмектеседі. Кәдімге табиғи газ қолданылатын жерде биогазды барлық салада қолдануға болады.

Бірінші буынды биоотындар. Дәстүрлі технологияларды қолдану арқылы әр түрлі ауыл шараушылық шикізаттан өндірілетін бірінші буынды биоотын түрлері. Дәстүрлі технологияларға биологиялық және термохимиялық үрдістер жатады, мысалы, ашу. Қазіргі уақытта, бірінші буынды биоотынды өндіруді одан әрі кеңейту мәселелері жөнінде әлем бойынша пікірталас туындауда. Бұл отын түрлеріне қант қамысынан, жүгеріден, бидайдан және т. б. алынатын биоэтанол, майлы дақылдардан - соя, рапс, пальма, күнбағыс алынатын биодизель жатады.

Екінші буынды биоотындар - тағамдық емес шикізаттан алынатын екінші буынды биоотын түрлері, яғни өңделген майлардан және өсімдік майларынан, сонымен қатар ағаш және өсімдік биомассасынан немесе метанол, этанол, биодизелден басқа шикізат көздерінен алынған әртүрлі отындар. Екінші буынды биоотындарға шикізат көзі болып биологиялық шикізат бөліктерінен кесіп алынған лигнинды, целлюлозды қосылыстары пайдаланылады. Екінші буынды биоотын өндірісін қолдану ерекшелігі, сол өндіріске керекті ауыл шаруашылығына пайдалы жерлерді қолдануын қысқарту болып саналады. Негізгі кемшілігі шикізаттың қасиеті лигноцеллюлозға байланысты, ол күрделі полимерлі көмірсу, одан сұйық отын алу үшін көптеген химиялық және энергиялық айналуларды талап етеді. Бірінші және екінші буынды биоотын биомассаларынан энергияны өндіруінің шартты тиімділігі шамамен 50% құрайды.

Үшінші буынды биоотындар. Үшінші буынды биоотын - балдырлардан алынған отын түрі (11 сурет) . Бұл биоотын түрі бағытының артықшылығы балдырлардың арнайы құрамына байланысты. Бұлар өзінің қасиеттері бойынша биоотын саласының мамандарының қызығушылығын тудыруда, тіршілік ету ортасы құрлық болып табылатын олар өсімдіктен біршама айрықша. Балдырлар «майлы» болып келеді, мысалы балдырлар штаммында майдың құрамы 75-85% құрғақ салмағын құрайды. Балдырлардың қосымша артықшылығы бір технологиялық аймақтан жылына 35 дақыл өнімін алуға болады.

II. 2. Энергия үнемдеуші технологиялар

Энергия қорларын үнемдеу 21-ғасырдың аса маңызды міндеттерінің бірі болып табылады. Бүгінгі күнде әлемнің өнеркәсібі дамыған барлық мемлекеттерінде энергия үнемдеу мәселелері қарқынды шешілуде. Көмірмен және көмірсутегімен жұмыс істейтін жаңа ЖЭС салуға инвестициялар тарту экологиялық проблемалардың тереңдеуін білдіреді. Қайта жаңаратын жергілікті энергия көздері, әсіресе электр энергиясынан тапшылық көретін аудандар үшін, орталықтандырылған экономикалық баламалы энергия үнемдеу болып табылады. Осыған байланысты, Министрлікте «Қайта жаңаратын энергия көздерін қолдау туралы» Заңының жобасы әзірленді. Аталған заң жобасы Қазақстан Республикасы Президентінің 2007 жылғы 28 ақпандағы табиғат ресурстарының орынды пайдаланылуы және қоршаған ортаның ластануы, ескірген және «лас» технологиялардың бақылаусыз енуі, қайта жаңаратын қорлардың тиімсіз пайдаланылуы проблемаларын шешу үшін Қазақстан Республикасының тиімді заңнамалық базасын қалыптастыру мақсаты қойылған Жолдауын іске асыруға бағытталады. Қайта жаңаратын энергия көздерін пайдалану үлесін көбейту, өндірістің энергия сыйымдылығын және оның экологияға әсерін, соның ішінде көшетхана газдарының тасталуын төмендету «Қайта жаңаратын энергия көздерін қолдау туралы» Заңын қабылдаудың мақсаты болып табылады. Қайта жаңаратын энергия көздерін - күн, су, жел, жер энергиясын пайдалану негізінде энергия үнемдеу технологияларын енгізу - энергия үнемдеу жөніндегі іс-шаралардың бірі болып табылады. Компрессор жетегінде пайдаланылатын электр энергиясына қарағанда, жылу энергиясын 3-7 есе артық өндіретін және сондықтан жоғары потенциалды барынша тиімді жылу көздері болып саналатын қондырғылар - жылу-сорғы қондырғылары (бұдан әрі - ЖСҚ) ХХ-ХХІ-ғасырлар аралығында әлемнің жетекші елдерінде кеңінен қолданыс тапқан барынша арзан энергияның дәстүрлі емес көздерінің бірі болып табылады. Жылу сорғылары - шағын үнемді және экологиялық таза жылу жүйелері, олар төмен потенциалды көздерден (су түбінің және артезиан сулары, көлдер, теңіздер, су түбінің жылуы, жер қойнауының жылуы, өнеркәсіптік және тазартылған тұрмыстық ағын сулар, технологиялар циклдардың сулары) жылуды шоғырландыру және оны температурасы барынша жоғары жылутаратушыға тасымалдау есебінен коттедждерді ыстық сумен жабдықтау және жылыту үшін жылу алуға мүмкіндік береді. Әр түрлі жылу қуатының жылу сорғыларын пайдалану жылумен жабдықтау проблемасын принципиалды шешудің жаңа жолдары болып табылады және маусымы мен жұмыс жағдайларына байланысты олардың жұмысында максималды тиімділікке қол жеткізуге мүмкіндік береді. ТМД елдерінде ЖСҚ енгізу бастапқы стадияда тұр, мысалы, Ресейде 200-ден аса ЖСҚ бар, ал басқа елдерде, соның ішінде Қазақстан Республикасында - олар мүлде аз.

Қазақстан Республикасында жылу сорғыларын пайдалану тиімділігі:

- климат жағдайы қатаң;

- жылына 200-ден 250 күнге дейін жететін жылу беру уақытының ұзақтығына байланысты көптеген басқа дамыған елдерге қарағанда барынша жоғары болады.

Өнеркәсіпте жылу сорғыларын пайдалану басымдықтары:

- жылу энергиясының шектелмеген көздерінің болуы, бұл қайта жаңармайтын энергия қорларының (қатты және сұйық отын) үнемделуін білдіреді.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.