Альтернативные источники питания

В Странах Евросоюза ежегодный объем производства биогаза увеличивается на двадцать процентов. Основными источниками его есть переработка мусора, которого в Европе, как и везде, хватает. Доля его составляет около сорока двух процентов. Лидирующее место по производству энергоресурсов из биосырья занимает Германия. Там более половины всей промышленности переведено на биологическое топливо. Кроме того Германия взяла активный курс на развитие этой сферы и на данном этапе более остальных стран преуспела в реализации своих проектов.

Производство биомассы для энергетических целей

Термин энергетическая ферма используется в очень широком смысле, обозначая производство энергии в качестве основного или дополнительного продукта сельскохозяйственного производства, лесоводства, аквакультуры, а, кроме того, те виды промышленной и бытовой деятельности, в результате которых образуются органические отходы. Основной целью переработки сырья могло бы быть исключительно производство энергии, но более выгодно найти наилучшее соотношение между получением из различных видов биомассы энергии и биотоплива.

Наиболее характерный пример энергетических ферм представляют собой предприятия по выращиванию и комплексной переработке сахарного тростника Производство зависит от сжигания отходов переработки тростника, необходимого для снабжения энергией всей технологической цепи. При надлежащей механизации можно было бы получить дополнительную энергию для производства на продажу побочных продуктов (патоки, химикатов, корма для животных, этилового спирта, строительных материалов, электроэнергии). Следует отметить, что этиловый спирт и электроэнергию можно использовать для выращивания культур и выполнения транспортных операций.

Развитие энергетики за счет использования сельскохозяйственных культур имеет как достоинства, так и недостатки. Один из наиболее существенных недостатков то, что производство энергии станет конкурировать с производством пищи. Крупномасштабное увеличение объема производства биотоплива (например, этилового спирта) по этой причине может оказать существенное отрицательное влияние на мировой рынок пищевых продуктов. Второй серьезный недостаток – возможность обеднения и эрозии почв в результате интенсификации выращивания «энергетических» культур. Очевидная стратегия спасения от этих явлений – выращивание культур, пригодных и для обеспечения человека (зерно), и для энергетических нужд при одновременном сокращении части урожая, скармливаемого животным.

Для выращивания и переработки урожая необходима энергия в форме солнечного излучения и в форме, пригодной для получения топлива для работы сельхозмашин, создания самих этих машин, получения удобрения и т.п. Для оценки эффективности получения энергии из того или иного вида биомассы необходимо проведение энергетического анализа.

Энергетический анализ – это определение затрат энергии энергопотребляющих и энергопроизводящих систем, позволяющий выделить технические и технологические аспекты процесса. На практике энергетический анализ и связанный с ним анализ экономических факторов получения и переработки биомассы агропромышленным методом оказываются достаточно сложными. Однако использование для получения тепла и электроэнергии дешевых отходов биомассы может иметь решающее значение при оценке эффективности того или иного процесса.

Виды биотоплива

Биотопливо - это топливо, которое получают, как правило, из биологического сырья, в качестве которой используют стебли сахарного тростника или семян рапса, кукурузы, сои. Могут также использоваться целлюлоза и различные типы органических отходов.

 
Различают твердое биотопливо (дрова, солома), жидкое биотопливо (этанол, метанол, биодизель), и газообразное биотопливо (биогаз, водород).

Твердое биотопливо

 
Дрова - древнейшее топливо. Сейчас для производства дров или биомассы выращивают энергетические леса, состоящие из быстрорастущих растений. Из-за значительного роста цен на нефть в последнее время население многих стран сокращает потребление нефтяных топлив и увеличивает использование дров. Это приводит к истреблению лесов.

Твердые энергоносители биологического происхождения (главным образом навоз, отходы древесина, торф) брикетируют, сушат и сжигают в каминах жилых домов и топках тепловых электростанций, вырабатывая дешевое электричество для бытовых и производственных нужд. Отходы древесины с минимальной степенью подготовки к сжиганию (опилки, кора, шелуха, солома и т.д.) прессуют в топливные брикеты или пеллеты, которые имеют форму цилиндрических или сферических гранул диаметром 8-23 мм и длину 10-30 мм.

Жидкое биотопливо

 
Биоэтанол - это обычный этанол, получаемый путем переработки растительного сырья и используемый как биотопливо. Этанол (этиловый спирт) - C2H5OH или CH3-CH2-OH, второй представитель гомологического ряда одноатомных спиртов, в просторечии - спирт или алкоголь. Существует 2 основных способа получения этанола - микробиологический (спиртовое брожение) и синтетический (гидратация этилена). Следствием брожения является раствор, содержащий не более 15% этанола, поскольку в более концентрированных растворах дрожжи обычно гибнут. Полученный таким образом этанол нуждается в очистке и концентрирования, обычно путем дистилляции. В промышленных масштабах этиловый спирт получают из сырья, содержащего целлюлозу (древесина, солома), которую предварительно гидролизуют. Смесь, образовавшаяся при этом, подвергают спиртовом брожению.

Этанол по сравнению с бензином является менее «энергонасыщенным» источником энергии. Пробег машин, работающих на Е85 (смесь 85% этанола и 15% бензина; буква «Е» от английского Ethanol), на единицу объема топлива составляет около 75% от пробега стандартных машин. Обычные машины не могут работать на Е85, хотя двигатели внутреннего сгорания работают на Е10. На «настоящем» этаноле могут работать только т. н. «Flex-Fuel» машины. Эти автомобили могут работать на обычном бензине или на произвольной смеси того и другого.

Серьезным недостатком биоэтанола является то, что при сгорании этанола в выхлопных газах двигателей появляются альдегиды (формальдегид и ацетальдегид), которые наносят живым организмам не меньший ущерб, чем ароматические углеводороды.

Биометанол - вид жидкого биотоплива на основе метилового (древесного) спирта, получаемого путем сухой перегонки отходов древесины и конверсией метана из биогаза. Производство биомассы может осуществляться путем культивирования фитопланктона в искусственных водоемах, создаваемых на морском побережье. Вторичные процессы представляют собой метановое брожение биомассы и последующее гидроксилирование метана с получением метанола.

Несмотря на высокое октановое число - более 100, теплотворная способность метанола вдвое меньше, чем у бензина. Это, а также недостаточная летучесть чистого спирта, объясняет необходимость смешивания метанола с бензином. Стандартом является биометанол М85 (буква «М» от англ. Methanol), содержащий 85% метилового спирта и 15% бензина.

Биометанол М85 не получил распространение как вследствие низкого энергосодержание, так и через исключительную коррозионную активность метанола, которая требует применения специальных материалов.

С точки зрения получения энергии данная биосистема имеет существенные экономические преимущества по сравнению с другими способами преобразования солнечной энергии.

Биобутанол-C4H10O - бутиловый спирт. Бесцветная жидкость с характерным запахом. Широко используется в промышленности. Производство бутанола началось в начале XX века. В 50-х годах из-за падения цен на нефть бутанол начали изготовлять из нефтепродуктов.

Бутанол не обладает коррозионными свойствами, может передаваться существующей инфраструктурой. Может, но не обязательно должен, смешиваться с традиционным топливом. Энергоемкость бутанола близка к энергоемкости бензина. Бутанол может использоваться в топливных элементах, а также как сырье для производства водорода.

Сырьем для производства биобутанола могут быть сахарный тростник, свекла, кукуруза, пшеница, а в будущем и целлюлоза.

Диметиловый эфир (ДМЭ) - C2H6O может производиться как из угля, природного газа, так и из биомассы. Большое количество диметилового эфира производится из отходов целлюлозно-бумажного производства. Сжижается при небольшом давлении.

Диметиловый эфир - экологически чистое топливо без содержания серы, содержание оксидов азота в выхлопных газах на 90% меньше, чем в бензине. Применение диметилового эфира не требует специальных фильтров, но необходима переделка систем питания (установка газобалонного оборудования, корректировка смесеобразования) и зажигания двигателя. Без переработки возможно применение на автомобилях с LPG-двигателями при 30% содержании в топливе.

Биодизель - топливо на основе жиров животного, растительного и микробного происхождения, а также продуктов их этерификации.

Для получения биодизельного топлива используются растительные или животные жиры. Сырьем могут быть рапсовое, соевое, пальмовое, кокосовое масло, или любое другое масло-сырец, а также отходы пищевой промышленности. Разрабатываются технологии производства биодизеля из водорослей.

Биотопливо второго поколения - топливо, полученное разными методами пиролиза биомассы, или другие топлива, отличные от метанола, этанола, биодизеля.

Быстрый пиролиз позволяет превратить биомассу в жидкость, которую легче и дешевле транспортировать, хранить и использовать. Из жидкости можно сделать автомобильное топливо или топливо для электростанций.

Газообразное биотопливо

 
Биогаз - продукт сбраживания органических отходов (биомассы), представляющий смесь метана и углекислого газа. Разложение биомассы происходит под воздействием бактерий класса метаногенов.

Биотопливо третьего поколения

 
Биотоплива третьего поколения - топливо, полученное из водорослей. Кроме выращивания водорослей в открытых прудах существуют технологии выращивания водорослей в малых биореакторах, расположенных вблизи электростанций. Сбросного тепла ТЭЦ способно покрыть до 77% потребностей в тепле, необходимом для выращивания водорослей. Эта технология не требует жаркого тропического климата.

Ветряная энергия

Достоинства и недостатки ветровой энергетики

ДОСТОИНСТВА: 
- Экологически чистый вид энергии: Создание электроэнергии с поддержкою "ветряков" не сопровождается выбросами CO2 и каких-либо иных газов. 
- Эргономика: Ветровые электростанции занимают совсем немного места и просто вписываются в хоть какой ландшафт, а также непревзойденно смешиваются с иными видами хозяйственного применения территорий. 
- Возобновляемая энергия: Энергия ветра, в отличие от ископаемого горючего, неистощима. 
- Ветровая энергетика - лучшее решение для труднодоступных мест: Для удалённых мест установка ветровых электрогенераторов может быть лучшим и более дешёвым решением. 
 
НЕДОСТАТКИ: 
- Непостоянность: Непостоянность содержится в негарантированности получения нужного количества электроэнергии. На неких участках суши силы ветра может оказаться недостаточно для выработки нужного количества электроэнергии. 
- Условно низкий выход электроэнергии: Ветровые генераторы веско уступают в выработке электроэнергии дизельным генераторам, что приводит к необходимости установки сходу нескольких турбин. Не считая того, ветровые турбины неэффективны при пиковых отягощениях. 
- Немалая стоимость: Стоимость установки, производящей 1 гига-ватт электроэнергии, около 1 миллиона баксов. 
- Опасность для живой природы: Вертящиеся лопасти турбины представляют потенциальную опасность для неких видов живых организмов. По статистике, лопасти каждой установленной турбины являются предпосылкой погибели не менее 4 особей птиц в год. 
- Шумовое загрязнение: Шум, производимый "ветряками", может причинять беспокойство, как животным, так и людям, живущим вблизи. 
 
ФАКТЫ:  
- В США 32% всех мощностей ветрогенераторов было запущено в 2008 году. 
- "Ветряки" вырабатывают 1,5% всей употребляемой электроэнергии. 
- Ветровые электростанции побережий могут прирастить мировую электроэнергию в 40 разов. 
- Ожидается, что к 2010 году мощность всех ветровых электростанций в мире приблизится к 200 000 мега-ваттам (сегодня суммарная мощность всех "ветряков" около 121 188 мега-ватт).

Ветрогенераторы в вопросах и ответах

1. Какой уровень шума вызывают  ВЭС?  
Ветряные энергетические установки вызывают две разновидности шума:  
* Механический шум, который является результатом работы механических и электрических компонентов (для современных ветроустановок практически отсутствует, но является значительным в ветроустановках старых моделей);  
* Аэродинамический шум, вызванный взаимодействием ветрового потока с лопастями установки (усиливается при прохождении лопасти мимо башни ветроустановки.  
Сегодня при определении уровня шума ветроустановок пользуются только расчетными методами. Метод непосредственных измерений уровня шума не дает информации о громкости ветроустановки, поскольку нет эффективных методов отделения шума ветроустановки от шума ветра.  
В непосредственной близости от ветрогенератора у оси ветроколеса уровень громкости достаточно большой ветроустановки может превышать 100 дБ.  
Примером подобных конструктивных просчетов является ветрогенератор Гровиан. Из-за высокого уровня шума установка проработала около 100 часов и была демонтирована.  
Законы, принятые в Великобритании, Германии, Нидерландах и Дании, ограничивают уровень шума работающей ветряной энергетической установки до 45 дБ в дневное время и до 35 дБ ночью. Минимальное расстояние от установки до жилых домов - 300 м.

2. Правда ли, что ветряки уничтожают  птиц?  
Такое мнение обусловлено случаем, который произошел на ветряной комплексе Altamont Pass Wind Resource Area (Калифорния), который построили именно на маршруте миграции птиц. Кроме того, в 4800 небольших ветряков, установленных в США еще в начале 1980-х годов, роторы расположены низко и близко друг к другу, что тоже может быть причиной ежегодной гибели более 1000 птиц.  
Более современные ветроэлектростанции являются причиной гибели меньшего количества пернатых, вероятно потому, что их генераторы расположены выше и дальше друг от друга. Согласно данным последних исследований, птицы чаще гибнут при столкновении с автомобилями и зданиями, чем под лезвиями ветрогенераторов.

3. Что нужно знать при выборе  ВЭС?  
Главный параметр, который Вам необходимо знать для выбора ветроэлектростанции - сколько электрической энергии вам необходимо в день/месяц.

4. По каким параметрам/критериям  можно сравнить ветрогенераторы, выпускаемые различными производителями?  
* Отношение – мощность/цена;  
* Коэффициент эффективного использования ветра (КЕВВ).  
* Количество произведенной энергии ВЭС при различных скоростях ветра;  
* Срок эксплуатации;  
* Сервис и гарантия.