Producerea energiei din biomas-â coplet

8/6/2019 Producerea energiei din biomas- coplet

1/52

Producerea energiei din

biomas


2/52

PARTICULARITI

Producia de Energie din biomas esteSUSTENABIL i REGENERABIL

Biomasa agricol se regenereaz la un an Biomasa forestier se regenereaz la 30-

40 deani

Culturile intermediare (specii de lemn dediametru mic-plop, salcie, se regenereazla 3-4 ani


3/52

PARTICULARITI

Energia (E) din biomas se poate producei utiliza la faa locului sub form de

energie mecanic, termic, electric Producia de E din biomas se poateintegran procesele agricole dintr-o ferm,ducnd la eficientizarea acesteia


4/52

METODE DE PRODUCERE A

ENERGIEI DIN BIOM

AS Combustia direct Producia de combustibilI lichizi din

seminele de culturi agricole (ethanol,methanol, uleiuri vegetale)

Producia de combustibil lichid (ex. Etanol)din celuloz

Producia de biogaz din gunoi de grajd ialte reziduuri agricole, animaliere imunicipale


5/52

Combustia direct

Este cea mai simpl metod de utilizarea abiomasei pentru producerea de energie iconst n arderea biomasei n diferitegeneratoare de cldur, cum sunt:-sobe simple pentru nclzit locuine i gtithrana;- centrale termice pentru nclzit locuine, pelemne, pelei, brichete, achii sau rumegu;

- centrale termice de capacitate mijlocie saumare, pentru nclzit locuine, sau pentruindustrie


6/52

Producerea de combustibili lichizi

din semene Este o metod relativ simpl Se produc combustibili lichzi, de tip uleiuri

(din rapit i soia) i alcool (etanol) Se ridic mari semne de ntrebare dincauza riscului de a folosi excesiv producia

agricol de semine destinat hraneipentru producia de biocombustibili


7/52

Producia de combustibil lichid (ex.Etanol) din celuloz

Sunt dou metode de producere a etanolului dinceluloz:

- Prin hidroliza celulozei pretratate, utilizndenzine care transform celulza n zaharuri (ex.glucoz), urmat de fermentare i distilare;

- Prin gazeificare care transform prinfermentare lignocelulozan monoxid de carboni hidrogen. Aceste gaze pot fi convertite netanol prin fermentare sau cataliz chimc.


8/52

Producerea de biogaz din gunoi de grajd i altereziduuri agricole, animaliere i municipale

Biogazul este un gaz care arde, bogat n metan i se obine prindescompunerea anaerobic a reziduurilor organice. Acesta conine: Metan 45-75% Dioxid de Carbon 25-50%

Nitrogen 0-10% Hidrogen 0-1%

hidrogen sulfurat 0-3%

Se poate utiliza pentru producerea energiei termice (prin ardere

directa) si pentru producerea de energie electrica.


9/52

CARACTERISTICILE BIOMASEI

Densitatea volumic i energetic Coninutul de umiditate Coninutul de energie termic Puterea

calorific Coninutul de elemente chimice Coninutul de cenue Capacitatea de stocare

Capacitatea de manipulare i transport Dinamica variaiei n timp a caracteristicilor fizice Dinamica variaiei disponibiltii


10/52

Volumul echivalent (m) pentru substituirea unuim petrol de diferite culturi

petrol

crbune

Peleti 8% umuditate

Lemne n vrac, 50%

Achii de lemn dur, 30%W

Achii de lemn moale,30% W

Achii de lemn industrial, 20%W

Achii de lemn industrial,50%WPaie balotate, 15%W


11/52

Densitatea volumic

kg/m Biomasa solid are o densitate sczut Densitate sczut influeneaz negativ

manipularea, transportul i stocarea Creterea densitii se poate face princompactare, respectiv balotare, peletare ibrichetare


12/52

Densitatea energeticMJ

/m Este corelat cu densitatea volumic ieste sczutn comparaie cu cea a

combustibililor fosili lichizi sau solizi mbumtirea acesteia se face princonversia biomasei soliden combustibililichizi


13/52

Coninutul de umiditate

n % Este canitatea de ap care se gseste nmaterial, raportat la ntreaga mas amaterialului

Conintul de umiditate este o caracteristicimportant a biomasei destinat utilizrii nscopuri energetice

Umiditatea are mare iflue asupra eficieneiprocesului de ardere, a puterii calorifice a

biomasei, asupra depozitrii, manipulrii itransportului Coninutul de umiditate se poate exprima n

baza umed (W) i n baza uscat (Wdb)


14/52

Calculul umiditii biomasei Prin umiditatea biomasei (W n %) nelegem raportul dintre

greutatea apei coninute de biomas i greutatea biomasei absolutuscat. Greutatea substanei pure este considerat baz deplecare = 100%. Greutatea biomasei fr ap se numete "greutateabsolut uscat".

Umiditatea bomasei se calculeaz n practic dup urmtoareaformul:

unde mu = greutate umed [g] i m0= greutate uscat [g].

W


15/52


Relaiile ntreumiditile n celedou baze sunt: db

db

W1W

W

!

W1W

Wdb !

bu

bu

bu


16/52


Puterea calorific a biomasei se calculeaz laumiditatea raporta la baza uscat (13-15%)

Eficiena termic a biomasei scade cu cretereaumiditii

La valori ale umiditii peste 60%, eficiene esteaproape de zero deoarece trebuie consumat

energie pentru evaporarea apei (2,44MJ

/kg ap) Biomasa trebuie uscat natural pn laumiditatea n baza uscat


17/52


18/52

Puterea calorific Influena cea mai mare asupra puterii calorifice o are coninutul deumiditate

Pelei, 8% W, Hi 17 MJ/kg

Buci lemn, 2-3 ani uscat natural,Hi 14,4 MJ/kg

Lemn dup tiere, 55%,

Hi 7,1 MJ/kg

Umiditatea, W %


19/52

Calculul puteri calorifice pentru materialul umed

n care:

HVW puterea calorific a materialului umed, in MJ/kg

HVdm puterea calorific a materialului uscat, in MJ/kg

W coinutul de umiditate, n baza uscat, in %

100

W44,2W100HVHV dmW

!Hw

Hmu

Hmu

Hu


20/52

Caracteristici ale unor combustibili solizi

Tip comustibil Puterea calorificMJ/kg

Densitateavolumc, kg/m Densitateaenergetic, MJ/m

Paie mrunite 11 - 18 40 - 60 700

Paie balotate 11 - 18 60 -90 1000

Paie brichetate 11 -18 300 -600 4000 -8500

Coji de orez 11 -15 75 -145 800 - 2200

Lemn uscat 14 -20 150 -200 3000

Lemn de esentare

14 - 20 200 - 250 3000 - 8000

Crbune de lemn 28 - 32 130 -190 4000 - 6000

Crbune tare 33 850 - 890 29000

Crbune brun 22 650 - 700 15000


21/52

Caracteristicile unor combustibili lichizi

Tip comustibil Puterea calorificMJ/kg

Densitateavolumc, kg/m

Densitateaenergetic, MJ/m

benzin 43 760 33000

motorin 43 835 36000

kerosen 45 800 36000

metanol 20 790 16000

etanol 27 8000 22000

Ulei de rapi 36 915 33000

Gaz lchefiat 46 580 27000


22/52

Caracterisicile unor combustibili gazosi

Tip comustibil PutereacalorificMJ/kg

Densitateavolumc, kg/m Densitateaenergetic, MJ/m

metan 50 0,7 36

propan 46 2,0 93

butan 46 2,7 124

hidrogen 120 0,09 11

Gaz natural 33-42 0,76-0,98 32

biogaz 20 1,15 23


23/52


24/52

Coninutul de Carbon al combustibililorfosili i a surselor de bioenergie

coal (average) = 25.4 metric tonnes carbon per terajoule(TJ) 1.0 metric tonne coal = 746 kg carbon

oil (average) = 19.9 metric tonnes carbon / TJ

1.0 US gallon gasoline (0.833 Imperial gallon, 3.79 liter)= 2.42 kg carbon 1.0 US gallon diesel/fuel oil (0.833 Imperial gallon, 3.79

liter) = 2.77 kg carbon natural gas (methane) = 14.4 metric tonnes carbon / TJ

1.0 cubic meternatural gas (methane) = 0.49 kg carbon carbon content ofbioenergy feedstocks: approx. 50%for wood crops or wood waste; approx. 45% forgraminaceous (grass) crops or agricultural residues


25/52

Efectele caracteristicilor chimice alebiomasei asupra combustiei

Elementele chimice EfecteAzot - N Producere de NOx, HCH i N2 O

Potasiu - Caracteristica de nmuiere a cenuii,coroziune la temperaturi ridicate

Magneziu - Mg Caracteristica de nmuiere a cenuii,integrarea poluanilor n cenu

Calciu - Ca Asupra folosirii cenuii

Sulf - S Emisii de SOx (ploi acide), coroziuneasuprafeelor de contact la temperaturiridicate(Focarele)

Clor Cl

Metale grele

Emisii de HCl

Asupra folosirii cenuii, emisii de metalegrele


26/52

Coninutul de cenue

Materie anorganic nevolatil ce rmne dupcombustia biomasei

Cenua este nedorit,avnd efecte negative asupraaerului ( se reine prin filtre) i a bunei funcionri acentralei

Conine metale grele Are proprietatea de conservare/pstrare a cldurii,

protejnd grtarul cuptorului mpotriva temperaturilor

nalte Coninutul de cenu rezultat este influenat decompoziia solului, felul biomasei, eficiea combustiei


27/52

Coninutul de cenu n biomas

Tipul de biomas Coninutul de cenu %

Reziduuri forestiere 2

salcie 2Paie de cereale 5

Reziduuri de semine derapi

5

Mischantus 5

Reziduuri de msline 7

Gunoi de psri 13


28/52

Formarea cenuii la arderea

biomasei


29/52

Schimbarea caracteristicilor cenuii

Interaciunea dintre mineralele anorganice din cenuseproduce schimbarea caracteristicilor acesteia, rezultnd:

Aglomerri Particule se lipesc formnd bulgri Inmuierea La o Temperature la care cenua ncepe s

curg Topirea Cenua ajunge n faz de topitur Zgurificare Depozite solide n topitur formate n zona

flcrii Lipirea/fixarea Formarea de Depozite de zgur pe

peri reci ai generaorului, prin solodificarea vaporilor dematerial rezultai la ardere Infundarea evacurii. Sinterizarea Formarea de grmezi/buci coerente

prin nclzirea dar fr topirea zgurii.


30/52

Efectele cenui asupra instalaiilor decombustie/ardere

Formarea de aglomerri topite sau parial topite i depozite de zgurla temperaturi ridicate temperatures pe suprafaa boilerelor

Formarea de depozite de cenue solidificate , la temperaturisczute, pe suprafaa boilerelor in zona de convecie a boilerelor,

Accelerarea pierderilor de metal din componentele echipamentelordatorit coroziunii, eroziunii i abraziunii produse de cenu Formarea de emisii de aerosoli (particule de mrimi submicronice) i

fum Curirea gazelor emanate este dificil n prezena cenusii Manipularea i dpozitarea cenuii ridic probleme de mediu i

costuri


31/52

CONVERSIA BIOMASEI N

ENERGIE Conversia rprezint un proces, sau maimulte procese, prin care materia prim denatur vegetal sau animal (reziduuriagricole, forestiere, municipale, reziduurianimaliere) este transformat n energieutil (mecanic, termic, electric etc.)


32/52

Procesele conversiei biomasei nenergie

Categorii de biomas

Biomas uscat

(lemnoas,

vegetal,deeuri)

Biomas cu grad de

umiditate ridicat

(dejecii, efueni)

Plante cu coninutridicat de zaharuri i

amidon

Culturi oleaginoase(rapi)

Metode de Conversie

Ardere direct

Gazeificare

Piroliz

Digestie anaerob

Hidroliz +

Fermentare

Extracie +

Esterificare

Produs final

Cldur

Combustibil gazos

Bio uleiuri

Biogaz

Bioetanol

Biodiesel

Utilizare

Generatoare de

cldur

Electricitate

Combustibili ntransporturi

Industria chimic i

materiale reciclabile


33/52

EFICIEA CONVERSIEI

Eficien este criteriul prin care seevalueaz conversia biomasei n energie

Conversia se face cu pierdere de energie,care au loc n toate fazele proceselor deconversie

Eficiena se determin ca un raportntre

energia util obinut prin conversie supraenergie total consumatn procesele deconversie


34/52

EFICIEA CONVERSIEI

Eficiena conversiei energiei este raportulntreienergia util, rezultat n urma procesului deconversie(outputul) i energia consumatn procesul deconversie (inputul). Energia util, rezultat, poate fi sub

form de energie electric, lucru mecanic, sau cldur. Eficiena conversiei energiei se confund, adesea cu

noiunule de eficient sau eficacitate, folosite n modcurent, pentru a sublinia valabilitatea procesului.

Trebuie reinut c eficiena este considerat un termentehnic i fizic

In mod general, eficiena este un numr adimesionalintre 0 i 1,0, sau 0 100%.


35/52

EFICIEA CONVERSIEI

Conversia are la baz principiulconservrii energiei, respectiv prima legea termodinamicii, conform creia:

- cantitatea de energie al unui sistemnchis rmne constant;- Energia nu poate fi creat sau distrus,

ea poate numai sa-i schimbe forma;- Fiecare form de energie poate ficonvertit n alt form de energie


36/52

Rlaia de calcul al eficieei

conversiei

= Energia util/Energia consumat x 100,n %


37/52

METODE DE CONVERSIEA BIOMASEI

Arderea direct/Combustia direct

Gazeificarea

Piroliza. Fermantaia anaerob


38/52

METODE DE CONVERSIEArderea direct/Combustia direct Combustia direct const n arderea biomasei n diferite instalaii (de la sobe

simple pn la centrale de putere medie sau mare, cu cogenerae, respectivco-ardere), pentru a produce energie termic sau electric.

Combustia direct asigur peste 90% din energia produs din biomas, lanivel mondial.

Metoda este bine neleas, bine dezvoltat, iar sistemele tehnice existentesunt larg rspndite i se pot integra usor n infrastructurile exintente

Sistemele mari pentru combustia direct pot realiza arderean pat fix, patfluidizat sau prin pulverizare

In sistemele cu co-ardere se pot arde mai multe categorii de combustibili

La centralele pe crbune, arderea biomase concomitent cu crbunele , ducela reducerea chltuielilor, precum i a poluanilor (CO2, SO2 i NOx)


39/52

METODE DE CONVERSIE Gazeificarea Este un proces de conversie termo-chimic la

temperaturi nalte, destinat s produc un combustibilgazos

Gazul rezultat, dup un tratament corespunztor, poatefi utilizat direct pentru gtiti sau nclzit, sau utilizat, nconversie secundar, la acionarea turbinelor de gaz saumotoaelor termice pentru a produce electricitate saulucru mecanic

Gazeificarea se poate face folosind aerul (gaz inferior)sau oxigenul (gaz cu putere calorific medie)

Implementarea comercial a gazeificrii biomasei estenc problematic. Sunt viabile sistemele mari, peste 10MW.


40/52

METODE DE CONVERSIE Piroliza.

La conversia prin piroliz, biomasa este espus la o temperaturinalte n absena aerului, cauznd descompunerea.

Produsul final este un amestec de materie solid (mangal), lichid(uleiuri oxigenate), i gaze (methan, CO, i CO2).

Scopul pirolizei este de a produce un combustibil lichid, numit bio-ulei sau ulei de pirolz care poate fi utilizat pentru ncalzire sauproducere de electricitate

Avantajul pirolizei, n comparatie cu combustia i gazeificarea, estec lichidul este mai uor de transportat.

Instalaia de piroliz se poate amplasa lng sursa de biomas


41/52

METODE DE CONVERSIE

Fermentaia anaerob. In fermentaia anaerob materia organic este

descompus de ctre bacterii in absena oxigenului,producnd biogaz (metan) i alte produse secundare.

Gazul rezultat este compus din 60-65% metan i 30-35% dioxid de carbon .

Biomasa cu umiditate ridicat este potrivit pentru ferm.Anaerobic

Avantajul fermentaiei anaerobe, n comparaie cuprocesele termo-chimice este c aceasta produce i unfertilizant bogat n azot i, de asemenea, neutralizeazreziduurile.


42/52

Uniti de msur i factori de

conversie n Bioenergie


43/52

Uniti pentru energie

Valori de transformare 1.0 joule (J) = one Newton applied over a distance of one meter (= 1

kg m2/s2). 1.0 joule = 0.239 calories (cal)

1.0 calorie = 4.187 J 1.0 gigajoule (GJ) = 109 joules = 0.948 million Btu = 239 million

calories = 278 kWh 1.0 British thermal unit (Btu) = 1055 joules (1.055 kJ) 1.0 Quad = One quadrillion Btu (1015 Btu) = 1.055 exajoules (EJ),

or approximatel 172 million barrels of oil equivalent (boe)

1000 Btu/lb = 2.33 gigajoules per tonne (GJ/t) 1000 Btu/US gallon = 0.279 megajoules per liter (MJ/l)


44/52

Uniti Pentru putere

1.0 watt = 1.0 joule/s = 3.413 Btu/h 1.0 kilowatt (kW) = 3413 Btu/hr = 1.341 cai

putere 1.0 kilowator (kWh) = 3.6 MJ = 3413 Btu 1.0 cal putere (CP) = 550 foot-pounds/s =

2545 Btu/h = 745.7 watts = 0.746 kW

U iti d f l it


45/52

Uniti de msur folositefrecvent pe plan mondial

1.0 U.S. ton (short ton) = 2000 pounds 1.0 imperial ton (long ton or shipping ton) = 2240 pounds 1.0 metric tonne (tonne) = 1000 kilograms = 2205

pounds 1.0 US gallon = 3.79 liter = 0.833 Imperial gallon 1.0 imperial gallon = 4.55 liter = 1.20 US gallon 1.0 liter = 0.264 US gallon = 0.220 imperial gallon 1.0 US bushel = 0.0352 m3 = 0.97 U bushel = 56 lb, 25

kg (corn or sorghum) = 60 lb, 27 kg (wheat or so beans)= 40 lb, 18 kg (barle )


46/52

Uniti pentru arie conversie

1.0 hectar = 10,000 m2 (an area 100 m x 100 m,or 328 x 328 ft) = 2.47 acres

1.0 km2 = 100 hectares = 247 acres

1.0 acre = 0.405 hectares 1.0 US ton/acre = 2.24 t/ha 1 metric tonne/hectare = 0.446 ton/acre 100 g/m2 = 1.0 tonne/hectare = 892 lb/acre

for example, a "target" bioenerg crop ieldmight be: 5.0 US tons/acre (10,000 lb/acre) =11.2 tonnes/hectare(1120 g/m2)

U iti d i i


47/52

Uniti de msur i conversiepentru energie din biomas

Cord: a stack of wood comprising 128 cubic feet (3.62m3); standard dimensions are 4 x 4 x 8 feet, including airspace and bark. One cord contains approx. 1.2 U.S. tons(oven-dr ) = 2400 pounds = 1089 kg 1.0 metric tonne wood = 1.4 cubic meters (solid wood, not

stacked) Energ content ofwood fuel (HHV, bone dr ) = 18-22 GJ/t

(7,600-9,600 Btu/lb) Energ content ofwood fuel (air dr , 20% moisture) = about 15

GJ/t (6,400 Btu/lb) Energ content ofagricultural residues (range due to

moisture content) = 10-17 GJ/t (4,300-7,300 Btu/lb) Metric tonne charcoal = 30 GJ (= 12,800 Btu/lb) (but

usuall derived from 6-12 t air-dr wood, i.e. 90-180 GJoriginal energ content)


48/52

Uniti de msur i conversiepentru energie din biomas

Metric tonne ethanol = 7.94 petroleum barrels = 1262liters ethanol energ content (LHV) = 11,500 Btu/lb = 75,700

Btu/gallon = 26.7 GJ/t = 21.1 MJ/liter. HHV for ethanol = 84,000

Btu/gallon = 89MJ

/gallon = 23.4MJ

/liter ethanol densit (average) = 0.79 g/ml ( = metric tonnes/m3)

Metric tonne biodiesel = 37.8 GJ (33.3 - 35.7 MJ/liter) biodiesel densit (average) = 0.88 g/ml ( = metric tonnes/m3)

LHV - Lower Heating Value - putere caloric (calorific)inferioar (se defininete prin cantitatea de energie(termic) care rezult n urma arderii unui kg de combustibil)

HHV - Higher Heating Value putere caloric superioar


49/52

Uniti de msur i conversie pentru energiedin combustibili fosili

Barrel of oil equivalent (boe) = approx. 6.1 GJ (5.8million Btu), equivalent to 1,700 kWh. "Petroleum barrel"is a liquid measure equal to 42 U.S. gallons (35 Imperialgallons or 159 liters); about 7.2 barrels oil are equivalent

to one tonne of oil (metric) = 42-45 GJ. Gasoline: US gallon = 115,000 Btu = 121 MJ = 32MJ/liter (LHV). HHV = 125,000 Btu/gallon = 132MJ/gallon = 35 MJ/liter Metric tonne gasoline = 8.53 barrels = 1356 liter = 43.5 GJ/t

(LHV); 47.3 GJ/t (HHV) gasoline densit (average) = 0.73 g/ml ( = metric tonnes/m3)


50/52

Uniti de msur i conversie pentru energiedin combustibili fosili

continuere Petro-diesel = 130,500 Btu/gallon (36.4 MJ/liter or 42.8 GJ/t)

petro-diesel densit (average) = 0.84 g/ml ( = metric tonnes/m3) Note that the energ content (heating value) of petroleum products

per unit mass is fairl constant, but their densit differs significantl hence the energ content of a liter, gallon, etc. varies between

gasoline, diesel, kerosene. Metric tonne coal = 27-30 GJ (bituminous/anthracite); 15-19 GJ(lignite/sub-bituminous) (the above ranges are equivalent to 11,500-13,000 Btu/lb and 6,500-8,200 Btu/lb). Note that the energ content (heating value) per unit mass varies

greatl between different "ranks" of coal. "T pical" coal (rank notspecified) usuall means bituminous coal, the most common fuel for

power plants (27 GJ/t). Natural gas: HHV = 1027 Btu/ft3 = 38.3 MJ/m3; LHV = 930 Btu/ft3= 34.6 MJ/m3 Therm (used for natural gas, methane) = 100,000 Btu (= 105.5 MJ)


51/52

Coninutul de Carbon al combustibililorfosili i a surselor de bioenergie

coal (average) = 25.4 metric tonnes carbon per terajoule(TJ) 1.0 metric tonne coal = 746 kg carbon

oil (average) = 19.9 metric tonnes carbon / TJ

1.0 US gallon gasoline (0.833 Imperial gallon, 3.79 liter)= 2.42 kg carbon 1.0 US gallon diesel/fuel oil (0.833 Imperial gallon, 3.79

liter) = 2.77 kg carbon natural gas (methane) = 14.4 metric tonnes carbon / TJ

1.0 cubic meternatural gas (methane) = 0.49 kg carbon carbon content ofbioenergy feedstocks: approx. 50%for wood crops or wood waste; approx. 45% forgraminaceous (grass) crops or agricultural residues


52/52

Prefixe SIPrefix Simbol Multipli Prefix Simbol Submultipli

deca da 10 deci d 10-1

hecto h 102

centi c 10-2

kilo k 103 mili m 10-3

mega M 106 micro 10-6

giga G 109 nano n 10-9

tera T 1012 pico p 10-12

peta P 1015 femto f 10-15

exa E 1018 atto a 10-18

Producerea energiei din biomas-â coplet

Documents

Transcript of Producerea energiei din biomas-â coplet