تصویری از زیست توده در بخش انرژی
نگارش:
استاد راهنما:
گزارش سمینار کارشناسی ارشد
1
منابع انرژی
با کاهش تدریجی ذخایر منابع انرژی فسیلی و افزایش قیمت آنها در چند دهه اخیر از یک سو و ملاحظات زیست محیطی استفاده از انرژی هسته ای از سوی دیگر، کشورهای پیشرفته و توسعه یافته به ضرورت توجه ویژه به توسعه دانش و فناوری های استفاده بهینه از منابع انرژی تجدید پذیر پی برده و به تدریج در حال افزایش سهم این منابع در سبد انرژی خود هستند.
یکی از مناسب ترین منابع انرژی تجدید شونده، زیست توده Biomass می باشد که علاوه بر خاصیت تجدید پذیر بودن دوستدار محیط زیست نیز می باشد.
تعریف اتحادیه اروپا از زیست توده که در راهنمای77/2001/EC به تاریخ 27سپتامبر 2001 میلادی عنوان شده، این است که، "زیست توده عبارت از اجزا قابل تجزیه زیستی از محصولات، پسماندها و زائدات کشاورزی (شامل مواد گیاهی و دامی)، جنگل ها و صنایع وابسته و همچنین زائدات صنعتی و شهری قابل تجزیه می باشد".
زیست توده در میان انرژی های تجدید پذیر مقام نخست را در عرضه انرژی جهان دارا می باشد.
اعمال مجموعه ای متنوع از فرآیندهای فیزیکی، شیمیایی و زیست محیطی به روی منایع مختلف زیست توده
بیوگاز سوخت اولیه نیروگاه ها تولید برق
2
منابع انرژی جهان
منابع انرژی فسیلی:
زغال سنگ، نفت خام، گاز طبیعی، شیل های نفتی، ماسه های قیراندود، هیدرات های گازی
منابع انرژی هسته ای:
اورانیوم، پلوتونیوم
منابع انرژی تجدیدپذیر:
آب، گرمای خورشید، باد، گرمای زمین، جزر و مد، زیست توده
3
انرژی های تجدیدپذیر
80 درصد مصرف انرژی در دنیا مربوط به سوخت های فسیلی است.
در سال 2006 حدود 18 درصد از انرژی های مصرفی جهانی از انرژی تجدیدپذیر به دست آمده که سهم زیست توده حدود 13 درصد، انرژی آب 3 درصد و 2.4 درصد باقی مانده شامل نیروگاه های آبی کوچک، زیست توده مدرن، انرژی باد، انرژی خورشیدی، انرژی زمین گرمایی و سوخت های زیستی است.
4
منابع انرژی تجدیدشونده
زیست توده: بقایای حیوانی، بقایای گیاهی، زباله های زیستی
زمین گرمایی: حرارت زمین گرمایی در 70 کشور دنیا مورد بهره برداری قرار می گیرد و تنها 24 کشور جهان از آن برای تولید برق استفاده می کنند.
انرژی خورشیدی: تبدیل نور خورشید به الکتریسیته از طریق سلول فوتوولتاییک
انرژی بادی:
انرژی الکتریکی (توربینی ها)
انرژی مکانیکی (آسیاب بادی و پمپ های بادی)
پیش رانش قایق ها و کشتی ها
سهم عرضه زیست توده و مشتقات آن در میان منابع انرژی تجدید پذیر در حال حاضر حدود 75درصد می باشد.
با احداث هاضم های تولید بیوگاز از زیست توده از جمله پسماندهای تر شهری می توان ضمن تولید بیوگاز به عنوان یک منبع انرژی کود کمپوست تهیه نمود. این روش بهینه ترین روش زیست محیطی و اقتصادی از پسماندهای تر شهری است.
5
تاریخچه زیست توده
کشف و مهار آتش و استفاده از حرارت حاصل از سوزاندن
خروج گاز و اشتعال ناقص ناشی از دفن زباله توسط پیلینی
شناسائی و اشتعال گاز دفنگاه در سال 1630 توسط وان هلمونت
کشف ماهیت گاز مرداب (متان- بیوگاز) در سال 1667 توسط شرلی
شناسائی گاز متان به عنوان ترکیب اصلی بیوگاز از مواد تخمیر شده توسط ولتا در سال 1776
تخمیر بی هوازی و کاربرد آن به وسیله دیوی در سال 1808
تامین روشنائی خیابانهای شهر پاریس به وسیله بیوگاز حاصل از انرژی زیستتوده توسط گاین در سال 1884
6
زیست توده در ایران
شیخ بهائی جزء نخستین کسانی بوده که از بیوگاز حاصل از زیست توده به عنوان سوخت حمام استفاده کرده است.
اولین هاضم تولید گاز متان در ایران در روستاهای نیاز آباد لرستان در سال 1354 ساخته شده است.
مطابق سرشماری سال 1375، 10 درصد خانوارهای روستایی برای گرمایش منازل خود و 5 درصد خانوارهای روستایی برای پخت و پز عمدتا از چوب و فضولات دامی استفاده می کرده اند.
7
ضرورت و مزایای استفاده از زیست توده در کشور
رفع مشکلات زیست محیطی حاصل از رها سازی منابع زیست توده در طبیعت(آلودگی آب، خاک، هوا، بو و …)
کاهش انتشار گازهای گلخانه ای به ویژه متان در جو بیش از 50 درصد متان منتشره از این منابع می باشد.
امکان تولید انرژی در محل مصرف(کاهش تلفات شبکه)
امکان تحویل انرژی پاک به شکل جامد، مایع و گاز
امکان تحویل انرژی به فرم برق، حرارت و سوخت خودروها و یا خوراک واحدهای پتروشیمی
ایجاد ارزش افزوده و اشتغال مولد قابل توجه
تولید سالانه 25 میلیون تن زباله شهری و صنعتی، بیش از 5 میلیارد مترمکعب فاضلاب های شهری و صنعتی، بیش از 400میلیون تن زائدات و ضایعات کشاورزی- جنگلی و دامی
کمک به ارتقای بهداشت عمومی
تولید انرژی با قابلیت دسترسی بالا
8
چرخه زیست توده در طبیعت
بخشی از تشعشع خورشید به واسطه فرآیند فتوسنتز در گیاهان جذب و ذخیره می شود.
گیاهان CO2 را از هوا جذب کرده و بصورت کربن ذخیره می نمایند. با خورده شدن گیاه توسط حیوان، بخشی از کربن به انرژی تبدیل می شود و بخشی دیگر در بافت های زنده ذخیره می گردد و بخش سوم با فضولات حیوانی دفع می شود.
با سوزانده شدن گیاه و چوب بخش اعظمی از کربن ذخیره شده بصورت CO2 آزاد می شود .
9
منابع بیومس برای تولید انرژی
سوخت های چوبی
زائدات جنگلی ، کشاورزی ، باغداری و صنایع غذائی
ضایعات جامد دنباله های شهری
فضولات دامی
فاضلاب های شهری
فاضلاب ها ، پسماند ها و زائدات عالی صنعتی
10
11
پتانسیل انرژی زیست توده
طبق مطالعات انجام شده برای پسماندهای جامد شهری (زباله ها) برای شهرهای بالای 250،000 نفر نتایج زیر حاصل شده است :
پتانسیل حداکثر تولید برق از انواع نیروگاههای زیست توده در سال 86 برای شهرهای بالاتر از 250 هزار نفر (30 شهر) بالغ بر 800 مگاوات به تفکیک
311 مگاوات نیروگاه زباله سوز
217 مگاوات نیروگاه پیرولیز-گازی سازی
159 مگاوات نیروگاه هضم بیهوازی
112 مگاوات نیروگاه لندفیل
12
کاربرد زیست توده
13
انواع نیروگاه های زیست توده
نیروگاههای فقط با سوخت زیست توده
نیروگاههای دوگانه سوز که از بیومس به عنوان سوخت فرعی همراه با زغال سنگ استفاده می کنند.
نیروگاههای گازی که بیومس را به سوخت گازی با ارزش حرارتی پایین یا متوسط تبدیل می کنند و معمولا آن را برای احتراق در توربین های گازی مورد استفاده قرار می دهند.
نیروگاه هایی که از فرایند بیولوژیکی مانند هضم و تخمیر استفاده می کنند.
14
مصارف غیر نیروگاهی زیست توده
بخش اعظمی از سهم انرژی زیست توده در تامین انرژی اولیه مصرفی جهان به کاربردهای حرارتی و احتراق مستقیم به ویژه در کشورهای در حال توسعه اختصاص دارد. عمده ترین کاربرد منابع زیست توده در تامین حرارت و پخت و پز می باشد.
15
16
فن آوری های گرما شیمیایی
این فن آوری ها با گرما دادن به زائدات زیستی در حضور یا عدم حضور عوامل کمکی، انرژی تولید می کنند. انرژی تولید شده می تواند به صورت انرژی گرمایی یا انرژی ثانویه باشد که از فرآورده های انرژی زا بدست می آید مانند سوختهای جامد، مایع و گاز که می توانند به انرژی جنبشی یا الکتریسیته تبدیل شوند. عوامل کمکی در این فن آوریها می تواند بخار، هوا، اکسیژن، هیدروژن و مواد جامد باشند.
مهمترین فن آوری های گرما- شیمیایی عبارتند از :
احتراق مستقیم ( که خود شامل کاربری خانگی و صنعتی)
آتشکافت (آتشکافت با روش معمولی و آتشکافت با بخار)
گازی کرد (گازی سازی ساده در دمای معمولی و گازی سازی پلاسما در دمای بالا)
17
فن آوری بیوشیمیایی
در این فن آوری ها، تولید کننده انرژی، فرآورده هایی هستند که بوسیله عمل سوخت و ساز موجودات زنده پدید آمده و به خاطر داشتن ارزش گرمایی بالا به عنوان سوخت به کار می روند. گاز متان و الکل اتیلیک (اتانول) از مهمترین این فرآورده ها می باشند.گاز متان بوسیله فرآیند هضم بی هوازی و اتانول بوسیله فرآیند تخمیر الکلی تولید می شود.
18
بررسی روش های تولید برق از زیست توده
19
سیکل های مختلفی برای تولید الکتریسته از بیومس وجود دارد اما چیزی که در اینجا اهمیت دارد با صرفه بودن آن از لحاظ اقتصادی می باشد .
سیکل کرچ می تواند در در ماکزیمم فشار طراحی شده 8/13 اتمسفر و نرخ تغذیه سوخت 2 تن در هر ساعت و در دمای تبخیر زیر 730 درجه سانتی گراد، عمل گردد.
گامز و همکارانش نیز در سال 1950 در واقع اولین مرجعی است که مفهوم تلفیق کاربراتور تنظیم فشار با موتور توربین گازی را پایه گذاری کرده است.
مشابه این سیستم در هاوایی، سوئد، فنلاند و برخی دیگر از کشورها پایه گذاری شده و در حال بررسی می باشد .
20
یک مشکل اصلی که در ساخت این نوع نیروگاه های برقی وجود دارد طراحی سیستم سوخت و احتراق توربین گازی است که گاز داغ را پذیرفته و بسوزاند. طراحی یک سیستم تزریق و دریافت سوخت گاز که بتواند در دمای بالای گاز عمل کند یک چالش اصلی مهندسی است. باید توجه بسیار زیادی به انتخاب شیر و جنس که بتواند در دما و فشار بالا کار کند شود. شیر های دو حالته در سرعت های خیلی زیاد شافت توربین و دمای بالای گاز ورودی توربین و یا خاموشی اضطراری باید بسته شود. همچنین ترکیبات گاز مورد استفاده در این سیکل نیز در شکل نشان داده شده است.
21
می توان گفت که تولید برق زیست توده در آینده، به تکنولوژی توربین یکپارچه از گاز/گازی سازی زیست توده منجر می شود. که این بازده بسیار بالایی از تبدیل انرژی را به همراه دارد. الکتریسیته به وسیله تکنولوژی های احتراق مستقیم زیست توده، گازی سازی پیشرفته و پیرولیز تولید می شود که این روش های اغلب آمادگی استفاده در مقیاس های بزرگ تر و صنعتی شدن را دارند. یک سوخت تکمیلی زیست توده در واحدهای نیروی بخار الکتریکی، می تواند تحت شرایط مشخصی از نظر اقتصادی امکان پذیر گردد.
22
در بخش سیکل کرچ می توان گفت که در این حالت فرآیند دارای بازدهی کامل با استفاده کامل از سوخت گاز است. تکمیل این برنامه نسل جدیدی از نیروگاه های برق بیومسی در ابعاد کوچک را معرفی خواهد کرد که به صورت تکنولوژیکی و انحصاری در اختیار کشورهای سرمایه گذار در این بخش خواهد بود. لذا بررسی و حمایت از طرح های تحقیقاتی در این حیطه در کشور ما می تواند ما را به یک کشور پیشرو و مولد تبدیل کند.
همچنین با مطالعه این بحث می توان به این امر دست یافت که، تولید گازی با ارزش برای تامین انرژی حرارتی و الکتریکی عاری از عوامل بیماریزا در کنار بسیاری ازمزایای دیگر ما را ترغیب می کند که در سیاست گذاریهای تامین انرژی احداث نیروگاههای بیومس را به عنوان یک ضرورت در مرحله اول برای کلان شهرها مد نظر قرار دهیم.
23
با تشکر از توجه شما
24