Download
1 / 23
691 likes | 1.92k Views
درس بررسی و شناخت انرژی های نو. انرژی بیوماس ( Biomass Energy). ارائه دهنده : مهران غریب دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی برق-قدرت دانشگاه آزاد اسلامی,واحد ملکان. استاد : آقای دکتر خلیل منفرد. دید کلی درباره انرژی بیوماس:.
E N D
درس بررسی و شناخت انرژی های نو انرژی بیوماس(Biomass Energy)
ارائه دهنده:مهران غریب دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی برق-قدرت دانشگاه آزاد اسلامی,واحد ملکان استاد : آقای دکتر خلیل منفرد
دید کلی درباره انرژی بیوماس: معادل فارسی عبارت بیو ماس ,زیست توده می باشد.زيست توده يكي از منابع مهم انرژيهاي تجديدشونده محسوب مي شود و به هر موجود زنده كه قابليت رشد و نمو داشته و بر مبناي قوانين طبيعي تقسيم شوند اطلاق مي شود و شامل جنگلها، اجزاء گياهان، برگها، موجودات زنده اقيانوسها، زائدات حيواني، پسماندهاي شهري و غذايي و ... مي شوند. اين مواد قابليت ذخيره انرژي در خود را دارا مي باشند. در واقع در خلال پديده فتوسنتز، دي اكسيد كربن از طريق آب و خاك و هوا توسط انرژي خورشيدي در گياهان ذخيره مي شود و باعث رشد و نمو آنها مي گردد. اين انرژي خورشيدي در مواقع مصرف، قابليت تبديل به انرژي را دارا مي باشد.زيست توده قابليت توليد برق، حرارت، سوختهاي مايع، سوختهاي گازي و انواع كاربردهاي مفيد شيميايي را دارا مي باشد. زيست توده سهم بزرگي در ميان ديگر انواع منابع انرژيهاي نو دارا مي باشد.
تعریف انرژی بیوماس: بیوماس نوعی ماده آلی است که به وسیله گیاهان، اعم از گیاهان خاکی ( که در زمین می‌رویند) و گیاهان آبی ( که در آب می‌رویند ) و مشتقات آنها تولید می‌شود. بیوماس شامل گیاهان جنگلی و پس‌مانده‌های آنها ،گیاهانی که به خاطر محتوای انرژی شان در «مزارع انرژی»کاشته می‌شوند، و شامل کود حیوانی نیز می‌شود. به هر ماده آلی غیر فسیلی با منشأ حیاتی که بخشیاز آن یک منبع انرژی زای قابل بهره برداری را تشکیل دهد، بیوماس گویند. انرژیهایبدست آمده از اغلب سیستمهای بیوماس را به عنوان انرژی تجدید پذیر به شمار می‌آورند. بیوماس را می‌توان منبع انرژی تجدید پذیر تلقی کرد زیرا عمر گیاه تجدید می‌شود و هر سال به مقدار آن اضافه می‌شود. بیوماس را می‌توان شکلی از انرژی خورشیدی تصور کرد، چون که در واقع این انرژی در نتیجه فتوسنتز و رشد گیاهان حاصل می‌شود .هر وات ظرفیت آن 3-9/0 دلار سرمایه گذاری لازم دارد.
تعریف انرژی بیوماس: به عبارتیاز اعمال مجموعه متنوعی از فرایند های فیزیکی و شمیایی و زیست محیطی مانند تجزیه و تخمیر و ... بر روی منابع زیست توده (که در اسلاید های بعدی این منابع معرفی خواهد شد) در یک محفظه , انرژی بدست می آید که در اصطلاح بیوماس نام دارد که بعد از اعمال یک سری از استاندارد های جهانی و زیست محیطی بر روی این انرژی می توان آن را به عنوان یک حامل انرژی در نظر گرفت. به این دلیل انرژی بیوماس یکی از انرژی های نو و تجدید پذیر مهم قابل توجه است.
دلایل اهمیت انرژی بیوماس: دلايل عمده در توجه به ساختار انرژي بيوماس عبارتند از: 1: دسترسي به پسماندهاي بيوماس در جهت توليد تركيبي برق و حرارت2:توليد برق از منابع غني و طبيعي بيوماس3:توليد توان براي مكانهاي دور از دسترس منابع بيوماس4: تجديدپذير بودن اين نوع انرژيميزان توان توليدي از منابع بيوماس بسيار زياد است خصوصاً با توجه به بازار جهاني (از منظر عرضه و تقاضاي انرژي)، اما عملاً‌اين منابع تجديدپذير كمتر مورد استفاده قرار گرفته و به نسل جديدي از نيروگاههاي بيوماس نياز دارند.
اقدامات علمی اخیر: كارهايي كه اخيرا" در زمينه انرژي هاي تجديدپذير (سبز) انجام شده بر شرايط دو گانه سوزي با سوخت بيوماس (هم سوختي با بيوماس) ، تعيين وضعيت و آينده توسعه فن آوري هاي بيوماس و نيز تشخيص نقش بالقوه بيوماس براي كاهش دي اكسيدكربن، متمركز بوده است. نرم افزارهاي تهيه شده توسط EPRI مي توانند به مهندسين و طراحان كمك كند تا جنبه هاي فني و اقتصادي استفاده از انرژي بيوماس و فن آوري هاي تبديل سوخت مذكور را با تشخيص مزايا و محدوديت هاي آنها، تعيين كنند. از نرم افزار BESIE ( ارزيابي كننده اوليه سيستم انرژي بيوماس ) مي توان براي انجام ارزيابي اقتصادي پروژه هاي انرژي بيوماسي استفاده كرد كه در آنها از مواد چوبي پرورش داده شده استفاده مي شود.
تاریخچه انرژی بیوماس در جهان: از نقطه نظر تاریخی استفاده از انرژی بیوماس به آغازی ترین دوره های تاریخ باز می گردد . از زمانی که آتش شناخته شد ، انسان نخستین همواره چوب و برگ درختان را به عنوان سوخت استفاده می کرد و این چرخه تا هم اکنون نیز ادامه پیدا کرده است. قدیمی ترین مورد خروج گاز و اشتعال ناقص آن به وسیله دفن زباله در طبقات زیر زمین توسط پیلی نی روس انجام گرفته است . وی خروج گاه به گاه گاز طبیعی و اشتعال ناقص آن را اط طبقات زیر زمین مشاهده کرد . ولی وان هلمونت در سال 1630 شناسایی و به طور رسمی اعلام کرد . در سال 1667 نیز دانشمندی به نام شرلی گاز مرداب را کشف کرد ولی اصلی ترین تاریخچه عملی گاز متان به عنوان ترکیب اصلی بیوگاز از مواد تمخیر توسط ولتا و در سال 1776 شروع شده است. منابع انرژی تجدید پذیر پس از ذغال سنگ، نفت و گاز طبیعی، چهارمین منبع بزرگ انرژی در دنیا می‌باشند. این منبع حدود 14 درصد از انرژی اولیه جهان را تامین می‌نماید و در حال حاضر بیش از% 5/11 از انرژی اولیه جهان توسط منابع زیست توده تامین می گردد
انرژی بیوماس در اروپا: امروزه منابع مفید و کاربردی زیست توده تنها به چوب و برگ خشک محدود نمی شود و طیف وسیعی از مواد از جمله پسماندهای جامد و مایع شهری و پسماندهای صنعتی و غیره را نیز در بر می‌گیرد. برمبنای مطالعات انجام شده ، منابع زیست توده حدود 64 درصد از منابع اولیه انرژی‌های نو در اتحادیه اروپا را به خود اختصاص داده است و حدود 9 درصد از انرژی الکتریکی تولیدی و 98 درصد از انرژی حرارتی تولیدی از طریق منابع انرژی‌های نو به منابع انرژی زیست توده تعلق دارد.(با در نظر گرفتن منابع برق آبی).
انرژی بیوماس در آمریکا: در ایالات متحده آمریکا 3-4 درصد از انرژی اولیه مورد نیاز فقط از منابع زیست توده تامین می‌شود. قابلیت های زیست توده تنها در تولید حرارت نیست، بلکه در تولید سرما، سوخت‌های مورد نیاز برای حمل و نقل و تولید انرژی الکتریکی نیز استفاده دارد. در سال 2005حدود 44000 مگاوات نیروگاه تولید برق ( با انواع فناوری ها ) و 225000 مگاوات حرارتی نیروگاه مدرن تولید حرارت با منبع زیست توده احداث شده است که حدود 10000 مگاوات آن فقط در ایالات متحده بوده است (حدود 58 درصد از بازار تولید انرژی از منابع تجدید پذیر در امریکا). همچنین بیش از 50 میلیارد لیتر سوخت تجدیدپذیر از منابع زیست توده تولید و مصرف می‌گردد. سيستم‌هاي مذكور در توليد برق از انرژي زيست توده يكي از روش‌هاي توليد برق تجاري در آمريكا به شمار مي‌رود. با حدود 9733مگاوات ظرفيت نصب شده، زيست توده بزرگ‌ترين منبع برق تجديدپذير غير آبي است. اين ظرفيت 9733 مگاواتي شامل حدود 5886 مگاوات از گياهان جنگل و بقاياي كشاورزي، 3308 مگاوات ظرفيت توليد برق از زباله‌هاي شهري و 539 مگاوات از ساير مواد نظير گاز حاصل از دفن زباله است. حداكثر توليد برق از زيست توده به صورت برق بار پايه در سيستم توزيع برق موجود استفاده مي‌شود..
تاریخچه انرژی بیوماس در ایران: در ایران نیز استفاده از انرژی بیوماس سابقه قدیمی دارد . محمد بن حسین عاملی معروف به شیخ بهائی جزء نخستین کسانی بوده و از این انرژی استفاده کرده است و از آن به عنوان سوخت یک حمام در اصفهان بوده است. اولین هاضم تولید گاز متان در ایران در سال1354در روستای نیاز باد لرستان ساخته شده است. در روزگاران پیشین زنان روستایی نیز برای پخت نان و گرم کردن خانه از سوزاندن فضولات گاو در داخل تنور استفاده میکردند. در سال 1359دو واحد کوچک در دانشگاه بو علی سینا همدان احداث گردید که با فضولات کشتارگاهی و کود گاوی تغذیه می گردید ، دانشگاه صنعتی شریف نیز در سال 1361یک واحد 3 مترمکعبی را به طور آزمایشی مورد مطالعه قرار داد که با فضولات گاوی بارگیری می شد. همچنین در شیراز به هت سازمان باز یافت و تبدیل مواد ، آزمایش راه اندازی موتور دوگانه سوز با قدرت 10 کیلوات با موفقیت به انجام رسیده است.
چگونگی استفاده از انرژی بیوماس: از انرژی بیوماس می توان به دو صورت مستقیم و غیر مستقیم استفاده کرد. • روش مستقیم: در این روش انرژی حاصل شده که به صورت گاز ، مایع یا ... می باشد به طور مستقیم استفاده می شوند ، برای مثال سوزاندن بیوگاز برای گرم کردن محیط یا سوزاندن هیزم در بخاری. • روش غیر مستقیم: در این روش انرژی های حاصل شده به یک انرژی دیگر تبدیل میگردند و انرژی حاصل شده جدید مورد استفاده قرار می گیرد ، برای مثال استفاده از بیوگاز به عنوان سوخت اولیه در نیروگاه ها برای ایجاد حرارت و در نهایت تولید انرژی الکتریکی.
منابع انرژی بیوماس: بخشی از تشعشع خورشید که به زمین می رسد ، به دلیل فرایند فتوسنتز در گیاهان جذب می شود . ماکزیمم تبدیل انرژی خورشید بین 5 تا 6 در صد است که در عمل با بهترین روش تقریبا به 5/. تا 1 درصد می رسد. جالب است بدانید که یزان انرژی که سالانه توسط فتوسنتز ذخیره می شود ، چندین برابر بیشتر از کل مصرف معمولی انرژی جهان و حدودا 200 برابر مصرف انرژی غذائی معمولی کل جهان است و نیز توجه به این نکته آموزنده است که انرژی بیوماس ذخیره شده در گیاهان که 90 درصد آن در درختان ذخیره می شود ، معادل ذخایر سوخت های فسیلی قابل استخراج و به ثبت رسیده می باشد.
منابع اصلی انرژی بیوماس: منابع بیوماسی که برای تولید انرژی مناسب هستند طیف وسیعی را شامل می شوند که به طور عمده به شش گروه تقسیم بندی می شوند: 1: سوخت های چوبی 2: زائدات جنگلی ، کشاورزی ، باغداری و صنایع غذائی 3: ضایعات جامد دنباله های شهری 4: فضولات دامی 5: فاضلاب های شهری 6: فاضلاب ها ، پسماند ها و زائدات عالی صنعتی
تکنولوژی های تبدیل انرژی بیوماس تکنولوژی هایی که برای تبدیل انرژی بیوماس به کار برده می شود از بخاری های چوبی ساده که از دیر باز برای پخت و پز استفاده می شوند تا واحد های پیرولیز پیشرفته تولید کننده سوخت های جامد ، مایع و گازی را شامل می شود. تکنولوژی های تبدیل بیوماس می تواند به سه دسته اساسی تقسیم شوند: • فرایند های احتراق مستقیم • فرایند های شیمیائی • فرایند های فر بیو شیمیائی
انواع نیروگاه های بیوماسی: نیروگاه هایی که از انرژی بیوماس به عنوان سوخت استفاده می کنند در حالت کلی به چهار دسته تقسیم می شوند: • نيروگاههاي فقط با سوخت بيوماس • نيروگاههاي دوگانه سوز که از بيوماس به عنوان سوخت فرعي همراه با زغال سنگ استفاده مي کنند. • نيروگاههاي گازي که بيوماس را به سوخت گازي با ارزش حرارتي پايين يا متوسط تبديل مي کنند و معمولا آن را براي احتراق در توربين هاي گازي مورد استفاده قرار مي دهند. • نیروگاه هایی که از فرایند بیولوژیکی مانند هضم و تخمیر استفاده می کنند.
یک نیروگاه بیوماس با سوخت زائدات کشاورزی
نیروگاه های بیوماس: تهيه كنندگان سوخت بيوماس در آينده ممكن است جهت اطمينان از گستردگي منابع و اجتناب از ايجاد بي ثباتي در بازار سوخت از محصولاتي كه براي كسب انرژي اختصاص داده شده اند، استفاده كنند. براي شركتهايي كه نيروگاههاي با سوخت زغال سنگ را اداره مي كنند، بهره گيري از بيوماس ممكن است آسانترين روش براي اضافه كردن منابع تجديدپذير به منابع سوخت مرسوم آنها باشد. نيروگاههاي سوخت مستقيم بيوماس در نقاط مختلف كاملا" قابل اجرا بوده و با سيستم هاي مولد بخاري كه با استفاده از سوختهاي فسيلي كار مي كنند قابل رقابت هستند.
نیروگاه های بیوماس: نيروگاههاي زغال سنگي را مي توان به سرعت و با هزينه اي كم (در مقايسه با هزينه سرمايه گذاري نيروگاههاي جديد با سوخت بيوماس يا ديگر منابع تجديدپذير) به نيروگاههاي دو گانه سوز همراه با بيوماس تبديل كرد. استفاده از برخي پس مانده هاي گياهي ضمن پائين آوردن هزينه سوخت مي تواند مزايائي را براي محيط زيست از طريق كاهش آلاينده هائي از قبيلSOX و NOX ، بهمراه داشته باشد. بعلاوه اگر از يك جسم با دوام به عنوان سوخت استفاده شود، اين كار بطور مستقيم انتشار دي اكسيدكربن را هم كاهش مي دهد.
اولین نیروگاه بیوماس در ایران: نيروگاه بیوماس(بيوگاز) مشهد در سال 1388با سنکرون شدن به شبکه سراسري از طريق شبکه فشار ضعيف توزيع مشهد(v400) به عنوان اولين نيروگاه توليد برق از زباله در خاور ميانه مطرح شد.بخش اصلي اين نيروگاه در در زميني کوچک در داخل کارخانه بازيافت زباله مشهد (کمپوست) واقع در جاده قديم مشهد- نيشابور واقع گشته است و در حال حاضر 2 واحد 300 کيلوواتي آن قادر است برق مصرفي حدود 600 خانوار مشهدي را با استفاده از گاز حاصله از زباله هاي دفن شده در محل کارخانه کمپوست فراهم نمايد.البته قرار است با توسعه اين نيروگاه ظرفيت توليدي آن در فاز بعدي توسعه، به 1 مگاوات افزايش يابد و عليرغم اينكه توليد اين نيروگاه فقط در حد و اندازه توليدات پراكنده است اما به لحاظ شروعي جديد در كاربرد و توسعه انرژيهاي تجديدپذير كه در منطقه خاورميانه بي نظير است و همچنين كمك آن به اصلاح الگوي مصرف منحصر به فرد و بسيار حائز اهميت است.
بخش های اصلی تشکیل دهنده نیروگاه نیوگاز مشهد: نيروگاه به طور كلي از 6 بخش اصلي تشكيل شده است كه عبارتند از: 1: دفنگاه زباله 2:چاه هاي استحصال بيوگاز 3:لوله هاي PVC انتقال بيوگاز استحصالي 4: بخش توليد و كنترل فشار 5:بخش رطوبت گيري و كنترل درصد متان بيوگاز 6:موتورهاي بيوگازسوز 7:ژنراتور و تجهيزات الكتريكي جهت اتصال به شبكه
تصاویر مربوط به نیروگاه های بیوماس: اولین نیروگاه بیوگاز مشهد
تصاویر مربوط به نیروگاه های بیوماس: دومین نیروگاه بیوماس مشهد(زباله)
