Идет гонка за повторное использование отходов в качестве энергии наиболее эффективным способом. Комбинированное производство тепла и электроэнергии — это старая идея для экономии топлива с новым требованием сократить выбросы. Инновационные печи на основе биотопливных систем будут вырабатывать тепло и электроэнергию из отходов с почти полной эффективностью и очень низким уровнем выбросов.
Старая мантра о том, что нельзя растрачивать, не хотеть, касается не только еды, но и энергии. Чем меньше энергии мы тратим впустую, тем ниже будут наши выбросы углерода.
Может оказаться сюрпризом узнать, что около половины всей энергии тратится впустую на традиционные способы производства тепла и электричества из ископаемого топлива . Но есть и другой способ получения как электроэнергии , так и тепла в так называемой «теплоэлектростанции » ( ТЭЦ ), или когенерации. Помимо использования ископаемого топлива, он открывает двери для увеличения биоэнергии из отходов в энергетическом балансе. Этот вид материала часто упускается из виду как ресурс, но он имеет значительный потенциал.
Движение биомассы
«Это способ одновременного производства тепла и электроэнергии», — сказал Мартин Стролени из Greenovate Europe, брюссельской сети, которая поддерживает устойчивые технологии и «зеленые» инновации. «Он может сэкономить до 40% энергии по сравнению с обычными системами, работающими только от источника питания». Он является частью финансируемого ЕС проекта SmartCHP , в рамках которого разрабатывается новый двигатель, способный превращать биомассу в тепло и электричество.
Работа включает в себя модификацию дизельного двигателя, чтобы он мог работать на биотопливе вместо дизельного топлива. Ученые и инженеры проекта работали над гайками и болтами машины в течение последних двух лет.
Идея состоит в том, чтобы сначала использовать машину (установку для быстрого пиролиза), которая может превращать органические отходы, такие как косточки оливок, а также отходы лесного хозяйства и сельского хозяйства, в биомасло. Затем зеленоватую бионефть можно направить по одному из двух путей. Масло можно подавать в модифицированный дизельный двигатель для выработки электроэнергии или, если требуется тепло, в котел на дымовых газах.
«Мы можем производить тепло и электроэнергию одновременно, — пояснил Стролени, — и система очень динамична». Это означает, что производство тепла может быть увеличено в холодный зимний день, а затем уменьшено в более теплые летние дни. Это также отличное решение для балансировки энергосистемы и дополнения более изменчивых возобновляемых источников энергии, таких как солнечная энергия или ветер.
Двигатель, который разрабатывает проект, будет подходить для обеспечения теплом и электроэнергией гостиниц, больниц, школ и даже некоторых промышленных зданий. «Мы можем помочь им снизить расходы на электроэнергию и отопление, а также повысить общую энергоэффективность и сократить выбросы парниковых газов », — сказал Стролени.
Первое биотопливо
За последние несколько месяцев команда добилась значительного успеха, когда собрала свою когенерационную установку в лаборатории и проработала ее на биотопливе в течение 500 часов. «На самом деле это впервые в мире», — сказал Стролени. «Впервые кому-то удалось запустить ТЭЦ на биотопливе так долго».
На данный момент различные части машины, такие как дизельный двигатель, котел для дымовых газов и интеллектуальный контроллер, разрабатываются и тестируются в лаборатории. Проект все еще работает над тем, чтобы соединить их все воедино и сделать когенерационную установку максимально эффективной. Полномасштабные испытания, вероятно, состоятся в 2023 году.
Также будет оцениваться различное биологическое сырье для загрузки в машину, например, косточки оливок из Греции, урожай мискантуса из Хорватии или отходы лесного хозяйства из Швеции. SmartCHP проводит оценку рынка в разных странах, чтобы поддержать коммерциализацию этих новых машин.
ТЭЦ вырабатывает электроэнергию и тепло непосредственно на территории школы или больницы. Это делает его особенно подходящим для отопления и электроснабжения зданий в отдаленных районах или даже в местах, не подключенных к электросети , например, на островах.
Пылающий вперед
BLAZE — еще один европейский проект, который занимается разработкой более эффективных и гибких технологий возврата оставшейся биомассы в виде комбинированных услуг по производству тепла и электроэнергии. Инженеры здесь разрабатывают системы ТЭЦ, способные преобразовывать в энергию промышленные, пищевые или древесные отходы и другую биомассу.
Этот процесс производит газ в качестве топлива, но он не сжигается в двигателе или газовой турбине. Вместо этого газ подается в топливный элемент, похожее на батарею устройство, которое преобразует содержащиеся в газе химические вещества в электричество и тепло. Затем система подает электроэнергию в электросеть, чтобы помочь сбалансировать нагрузки и, возможно, восполнить дефицит, если потребление энергии ветра или солнца сократится.
«Задача состоит в том, как эффективно, без выбросов и с низкими затратами преобразовать отходы биомассы», — сказал профессор Энрико Боччи из Университета Гульельмо Маркони, возглавляющий проект BLAZE. Позже в этом году машины ТЭЦ будут испытаны. Есть надежда на электрический КПД, близкий к 50%, и общий КПД ТЭЦ на уровне 90%, что означает, что 50% энергии, доступной из топлива, преобразуется в полезную электроэнергию, а 40% — в отопление.
Двойная эффективность
Система будет принимать все виды отходов, которые могут образовывать смолу, частицы, соединения серы и хлора, которые могут мешать работе устройства. Чтобы избежать таких проблем, он будет превращать отходы в газ при температуре около 800°C и обрабатывать их перед подачей газа в топливный элемент, преобразовывая топливо и кислород в электричество и тепло при температуре около 700°C с очень низким уровнем выбросов. Газ также может поступать в горелку, чтобы обеспечить выработку большего количества тепла.
Пилотная электростанция будет собрана в Италии к концу этого года и испытана до мая 2023 года. «Благодаря нашей пилотной программе мы добьемся удвоения электрической эффективности ТЭЦ, работающей на биомассе, с нулевым уровнем выбросов», — сказал Боччи.
«Когда цены на энергию вырастут, люди и компании будут искать альтернативные решения по сравнению с ископаемым топливом», — добавил он. Существует также острая необходимость уменьшить зависимость от ископаемого топлива по геополитическим и климатическим причинам. Но невозможно заменить ископаемое топливо только возобновляемой электроэнергией от солнца и ветра, сказал Боччи, и пока есть жизнь, будет и биомасса.
BLAZE — это первая демонстрация этой технологии, которая может высокоэффективно перерабатывать оставшуюся биомассу с низким уровнем выбросов и затрат.
Мы еще не достигли этого, но исследователи и инженеры в Европе приближаются к дню оптимального комбинированного производства тепла и электроэнергии. Это обеспечит множество преимуществ.
«Придет время, когда вы сможете взять отходы биомассы и поместить их в небольшой недорогой реактор и вырабатывать электроэнергию, тепло и химические вещества без выбросов», — сказал Боччи.
Теги: энергия
