Потребление энергии и эффективность энергоустановок

Потребление тепловой и электрической энергии происходит неравномерно в течение суток, недели, года. Это связано с особенностью работы промышленных, коммунально-бытовых и сельскохозяйственных потребителей, электротранспорта.

Характер изменения потребления энергии удобно пред­ставлять в виде графиков тепловой и электрической нагрузок. Различают хронологические (календарные) графики и графики продолжительности нагрузки (рис. 6).

Первый, с характерными максимумами и минимумами, отражает последовательность изменения нагрузки во времени. Второй показывает продолжительность времени, в тече­ние которого имеются те или иные нагрузки.

Изменение нагрузок может носить статический и динамический характер.

Статические нагрузки являются повторяющимися при неизменных составах потребителей и режимах потребления энергии.

Динамические нагрузки определяются изменением состава потребителей и режима потребляемой ими энергии.

Энергоустановки должны бесперебойно обеспечивать потребителей необходимым количеством энергии в соответствии с графиками нагрузки. Избыток электрической энергии можно передавать в сеть, в то время как теплоты должно производиться столько, сколько требуется потребителю. Иначе будут иметь место ее непроизводительные потери.

Нетрадиционная энергетика

Биоэнергетика

Методы конверсии биомассы. Сложный комплекс веществ, из которых состоят растения и животные, принято называть биомассой.

Основа биомассы - органические соединения углерода, которые в процессе взаимодействия с кислородом при cгорании или в результате естественного метаболизма выделяют теплоту.

Первоначальная энергия биомассы возникает в процессе фотосинтеза под действием солнечного излучения. В обобщенном виде эту реакцию можно представить следующим образом:

Солнечная радиация

С0₂+2Н₂О => О₂+СН₂О+Н₂0

Среди основных энерготехнологических методов переработки биомассы можно выделить (рис. 7):

· термохимический метод;

· биохимический метод;

· агрохимический метод.

Термохимический метод переработки биомассы. Пиролиз – процесс нагревания биомассы либо в отсутствие воздуха, либо за счет сгорания некоторой ее части при ограниченном доступе воздуха или кислорода. КПД процесса пиролиза достигает 80-90%.

В качестве исходного энергетического продукта в процессе пиролиза могут использоваться:

· органическое топливо (уголь, сланцы, торф и т.д.);

· древесные отходы;

· сельскохозяйственные отходы (солома, ботва растений и т.п.);

· биобрикеты т.д.

Состав получаемых при этом вторичных энергетических продуктов чрезвычайно разнообразен. Изменение состава продуктов пиролиза зависит от температурных условий, типа вводимого в процесс сырья, способов ведения процесса. Разновидности топлива, получаемого в результате пиролиза, имеют несколько меньшую по сравнению с исходной биомассой суммарную энергию сгорания, но отличаются большей универсальностью применения:

· лучшей управляемостью процесса горения и соответственно повышением его энергоэффективности;

· большей технологичностью, более широким диапазоном возможных потребителей и соответственно более высокими экономическими и качественными показателями.

Газификация – способ ведения процесса пиролиза, при котором основным энергетическим продуктом является горючий газ. Газогенератор – устройство, в котором реализуется процесс газификации.

В состав образующегося в газогенераторе генераторного газа входят следующие горючие компоненты: окись углерода, водород, газообразные углеводороды, метан. Следует указать, что верхняя граница температуры прохождения реакции газогенерации ограничена значениями 1100-1200 ⁰С (температура плавления золы).

Биохимический метод переработки биомассы. Анаэробное разложение – процесс получения энергии из биомассы микроорганизмами (анаэробными бактериями) в отсутствие или при недостатке кислорода и света. Полезный энергетический продукт этого процесса – биогаз.

Основное уравнение, описывающее процесс анаэробного разложения биомассы (на примере целлюлозы) имеет следующий вид:

С₆Н₁₀О₅ + Н₂О => 3СО₂ + 3СН₄.

Спиртовая ферментация – процесс получения этилового спирта в качестве энергетического продукта. Этиловый спирт (этанол) С₂Н₅ОН – летучее жидкое топливо, которое можно использовать вместо бензина.

В естественных условиях этанол образуется из сахаров соответствующими микроорганизмами в кислой среде (рН от 4 до5).

Основная реакция превращения сахарозы в этанол имеет следующий вид:

Дрожжи

С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂О = 4С₂Н₅ОН + 4СО₂.

Жидкие топлива, и в частности этанол, отличаются чрезвычайной технологической эффективностью из-за удобства использования и хорошего управления процессом горения в двигателях внутреннего сгорания.

В качестве заменителя бензина этанол можно использовать в виде:

· 95%-го этанола в модернизированных двигателях;

· Смеси 100 %-го (обезвоженного) этанола с бензином в соотношении один к десяти в традиционных двигателях.

В настоящее время стоимость топливного этанола сравнима со стоимостью бензина, причем наблюдается тенденция ее снижения. Вместе с тем этанол характеризуется более высоким октановым числом.

Фотолиз– процесс разложения воды на водород и кислород под действием света. Если водород сгорает или взрывается в качестве топлива при смешении с воздухом, то происходит рекомбинация О₂ и Н₂.

Некоторые биологические организмы продуцируют или могут при определенных условиях продуцировать водород путем биофотолиза.

Подобный результат можно получить химическим путем без участия живых организмов в лабораторных условиях. Промышленного внедрения эти технологии еще не получили.

Агрохимический метод переработки биомассы. Экстракция топлив- процесс получения жидких или твердых топлив прямо от растений или животных.

Продукцию растений можно разделить на следующие категории:

- семена - подсолнечник с массовым содержанием масла до 50 %;

- орехи - пальмовое масло, копра кокосов с массовым
содержанием масла до 50 %;

- плоды - оливки;

- листья - эвкалипт с массовым содержанием масла до 25 %;

- сок растений - сок каучука;

- продукты переработки отходов растений - масла и
растворители до 15 % сухой массы (например, скипидар,
канифоль, маслянистые смолы и т. д.).