Альтернативная энергетика Гидротермальные системы Закрытые системы геотермального теплоснабжения Мини-теплоэлектростанция на отходах. Энергия морских течений Водородная экономика

Альтернативная энергетика

Мини-теплоэлектростанция на отходах. Биогазовые технологии – радикальный способ обезвреживания и переработки разнообразных органических отходов растительного и животного происхождения, включая экскременты животных и человека, с одновременным получением высококалорийного газообразного топлива – биогаза и высокоэффективных экологически чистых органических удобрений. Биогазовые технологии – это решение проблем экологии, энергетики, агрохимии и капитала. Процесс получения биогаза известен очень давно: в Китае – более 5 тыс. лет, в Индии – более 2 тыс. лет. Современные биогазовые технологии широко используются как в развитых (Дания, Германия, Англия, Франция, Италия, Австрия и др.), так и развивающихся странах (Китай, Индия, Индонезия, страны Южной Америки, некоторые страны африканского континента). В бывшем СССР разработка таких технологий, основанных на достижениях современной науки и техники, началась в конце 70-х гг. 20-го столетия. С распадом СССР акционерное общество Центр «ЭкоРос» оказалось единственным объединением в России в области разработок современных биогазовых технологий и создания оборудования.

В основе биогазовых технологий лежат сложные природные процессы биологического разложения органических веществ в анаэробных (без доступа воздуха) условиях под воздействием особой группы анаэробных бактерий, сопровождающиеся минерализацией азотсодержащих, фосфорсодержащих и калийсодержащих органических соединений с получением минеральных форм азота, фосфора и калия, наиболее доступных для растений, с полным уничтожением патогенной (болезнетворной) микрофлоры, яиц гельминтов, семян сорняков, специфических фекальных запахов, нитратов и нитритов. Процесс образования биогаза и удобрений осуществляется в специальных биореакторах-метантенках.

АО Центр «ЭкоРос» стало первой компанией в России, которая не только разработала технологию получения высокоэффективных экологически чистых органических удобрений, но и приступила к их производству и созданию отечественного рынка такого оборудования. Сегодня уже создано производство типоразмерного ряда биогазовых установок и систем, отвечающих требованиям современного рынка:

– полная заводская готовность,

– серийное производство,

– быстрый монтаж за 3-7 суток,

– быстрый ввод в рабочий режим: от 1 до 5 суток,

– устойчивая температурная стабилизация процесса,

– простота в эксплуатации,

– возможность работы в любых климатических регионах России,

– транспортировка на автомобильном и железнодорожном транспорте,

– быстрая окупаемость.

Сегодня биогазовые установки используются в хозяйствах от Алтая до Белоруссии. Налажено производство биогазовых установок на трех заводах в Казахстане, а также в Китае.

Метановое брожение

Русский учёный В.Л. Омелянский в своих работах начала XX в. писал, что процесс образования СН4 на поверхности земли (болота, лиманы, сточные воды, реки, озёра и т.д.) биологический и осуществляют его микроорганизмы, находящиеся в анаэробных условиях. В дальнейшем было подтверждено (член корр. С.И. Кузнецов), что процессы деструкции органических веществ до СН4 широко распространены в осадочных отложениях и что промышленные месторождения природного газа – продукт биологических процессов. Возможность промышленной биоконверсии биомассы в СН4 в масштабах близка к современной добыче природного газа. В качестве сырья – органические отходы сельскохозяйственного производства, различных отраслей промышленности, городов и посёлков.

Состав биогаза: 50-80 % – СН4; 20-50 % – СО2; + небольшие Н2S; Н2; N2. Теплотворная способность от 5 до 8 тыс. ккал/м3 (17,8-28 МДж/м3 зависит от содержания метана). Сравним с лучшими видами известных топлив. По стоимости производимой тепловой энергии он в 1,5-3 раза дешевле электроэнергии, керосина, угля. На 1 т органического вещества образуется 250-500 м3 биогаза. Промышленное получение биогаза из органических отходов имеет ещё ряд существенных преимуществ: фактически происходит санитарная обработка сточных вод (особенно животноводческих и комунально-бытовых), уничтожаются яйца, патогенная микрофлора и семена сорняков. Кроме того, анаэробная переработка отходов животноводства, растениеводства приводит к минерализации N2 и Р – основных слагаемых удобрений, что обеспечивает их сохранение, тогда как при традиционных способах приготовления удобрений методами компостирования безвозвратно теряется до 30-40 % N2 и Р.

Метановое брожение отличает высокий КПД превращения энергии органических веществ в биогаз, достигающий 80-90 %. Биогаз может с высокой эффективностью использоваться как топливо. С помощью газогенераторов (КПД-83 %) его можно трансформировать в электроэнергию (33 %) и тепловую (55 %) энергию. Пригоден он и для ДВС и дизельных двигателей. Биогазовые установки легко разместить в любом районе, они не требуют строительства дорогостоящих газопроводов.

Китай уже имеет более 7 млн биогазовых установок с объемом реакторов 8-10 м3. Это обеспечивает теплом 30 млн крестьян. К 2000 г. КНР планирует построить 30 млн установок. Индия имеет ≈ 500 тыс. семейных установок. В странах ЕЭС ≈ 600 установок, из них 17 перерабатывает в биогаз городской твёрдый мусор. В США во множестве работают крупные биогазовые установки по переработке городского твёрдого мусора со средней мощностью до 100 млн м3 биогаза в год. Отходы животноводческих ферм перерабатывают реакторы объёмом от 100 до 300 м3 ≈ 90 реакторов (объемом – 1-5 тыс. м3) обрабатывают стоки. В настоящее время биогазовые установки, перерабатывающие в основном отходы животноводческих ферм, имеют Германия, Финляндия, Франция, Бельгия, Швеция, Италия. В каждой эксплуатируются до 100 установок.

В биогазовых установках для переработки отходов сельскохозяйственного производства применяют в основном обычную одноступенчатую схему, а для промышленных установок, перерабатывающих стоки, применяют современные технологии с подготовкой массы к сбраживанию и стабилизации вводимых в реактор микроорганизмов. Подавляющее число установок работают в мезафильном режиме (т. е. сбраживание осуществляется при t = 35 °С). Термофильные процессы редко (t = 50-60 °С) – Швеция. Перспективным считается сбраживание при температуре окружающей среды (психрофильный процесс).

Биоэнергетическая технология. Биогазовые технологии – радикальный способ обезвреживания и переработки разнообразных органических отходов растительного и животного происхождения, включая экскременты животных и человека, с одновременным получением высококалорийного газообразного топлива – биогаза и высокоэффективных экологически чистых органических удобрений. Биогазовые технологии – это решение проблем экологии, энергетики, агрохимии и капитала.

Биоэнергетические установки, производимые в России, и их краткие технические характеристики Установка предназначена для переработки всех видов органических отходов крестьянского или фермерского хозяйства, имеющего на своем подворье до 5-6 голов крупного рогатого скота или 50-60 голов свиней, или 500-600 голов птицы, с получением газообразного топлива (биогаза) и экологически чистых органических удобрений.

Использование водной энергии земли Три четверти земной поверхности занято водой, лишь одна четверть сушей. Поэтому человека привлекала проблема полезного использования воды, в том числе и в энергетике. Время применения гидравлических двигателей насчитывает более 2000 лет. Сначала как источник механической энергии использовались отдельные водяные колеса, затем отдельные водяные турбины и, наконец, гидростанции. В России насчитывается 575 тыс. рек протяженностью более 4 млн км. По количеству и длине рек Россия занимает первое место в мире. Их энергия, технически пригодная к использованию, составляет около 4 000 млрд кВт∙ч. По запасам гидроэнергии Россия превосходит все страны. Например, следующие за Россией США и Бразилия имеют гидроэнергетические запасы, примерно в 1,6 раза меньшие.

Энергия Мирового океана Известно, что запасы энергии в Мировом океане колоссальны, ведь две трети земной поверхности (361 млн км2) занимают моря и океаны – акватория Тихого океана составляет 180 млн км2 Атлантического 93 млн км2, Индийского 75 млн км2. Так, тепловая (внутренняя) энергия, соответствующая перегреву поверхностных вод океана по сравнению с донными, скажем, на 20 °, имеет величину порядка 1026 Дж. Кинетическая энергия океанских течений оценивается величиной порядка 1018 Дж. Однако пока что люди умеют использовать лишь ничтожные доли этой энергии, да и то ценой больших и медленно окупающихся капиталовложений, так что такая энергетика до сих пор казалась малоперспективной.


Малая гидроэнергетика