ЭНЕРГИЯ БИОМАССЫ
ENERGY OF BIOMASS
Статья поступила в редакцию 28.05.2014 Ред. Per. № 2024
The article has entered in publishing office 28.05.2014Ed. Reg. No 2024
УДК 620.95
К ОЦЕНКЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА ОТХОДОВ РАСТЕНИЕВОДСТВА: ЗЕРНОВОЕ ХОЗЯЙСТВО
Т.И. Андреенко, C.B. Киселёва, В.П. Шакун
Географический факультет МГУ имени М. В. Ломоносова 119991Москва, Ленинские горы,д.1 Тел.: (495) 939-42-57, е- mail: rsemsu@mail.ru
Заключение совета рецензентов 04.06.14 Заключение совета экспертов 11.06.14 Принято к публикации 18.06.14
Работа посвящена расчету и анализу энергетического потенциала отходов растениеводства - колосниковых зерновых культур. Расчеты проведены на основе данных Росстата 2006-2013 гг. Оценки сделаны для отдельных зерновых культур по каждому субъекту Российской Федерации. Выполнен анализ принятой методики расчета валового, технического и экономического энергетических потенциалов органических отходов. Показана необходимость учета структуры сельскохозяйственного производства районов при расчете технического и экономического потенциалов незерновой части урожаев. Полученные количественные оценки и картографическое представление позволяют оперативно выделять ведущие регионы по потенциалу, что в совокупности с социально-экономическими и экологическими характеристиками территории формируют основу для принятия проектных решений.
Ключевые слова: энергетические ресурсы, отходы растениеводства, зерновое хозяйство, валовой, технический и экономический потенциалы, солома, тюки, брикеты, пеллеты, теплотворная способность, картографическое представление.
TO THE ASSESSMENT OF POTENTIAL ENERGY CROP WASTES: GRAIN FARMING
T.I. Andreenko, S.V. Kiseleva, V.P. Shakun
Lomonosov Moscow State University, Faculty of Geography 1 Leninskie Gori, Moscow, the Russian Federation, 119991 ph: 8 (495) 939-42-57, e-mail: rsemsu@mail.ru
Referred 04.06.14 Expertise 11.06.14 Accepted 18.06.14
Article is devoted to the calculation and analysis of the crop residues (grate crops) energy potential. Calculations were carried out on the base of Federal State Statistics Service data (2006-2013). Estimates were made for individual crops of each subjed of the Russian Federation. The analysis of adopted methodology for calculating the organic waste gross, technical and economic energy potential was carried out. The need to consider the structure of agricultural production areas in the calculation of tailings yields technical and economic potentials was shown. The quantitative assessment and cartographic representation allow to allocate the leading regions in the potential, which together with socio-economic and environmental characteristics of areas form the basis for making design decisions.
Keywords: energy resources, crop residues, grain farming, gross, technical and economic potentials, straw bales, briquettes, pellets, calorific value, cartographic representation.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 12 (152) 2014
© Scientific Technical Centre «TATA», 2014
Андреенко Татьяна Ивановна
Сведения об авторе: кандидат биологических наук, старший научный сотрудник НИЛ ВИЭ географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.
Образование: физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова по специальности биофизика.
Область научных интересов: возобновляемые источники энергии, оценка ресурсов ВИЭ, стандартизация в возобновляемой энергетике.
Публикации: более 60 печатных работ, соавтор 4 государственных стандартов.
Шакун Владимир Петрович
Сведения об авторе: инженер научно-исследовательской лаборатории возобновляемых источников энергии географического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова; бакалавр физико-математических наук.
Образование: окончил в 2009 г. математический факультет МИГУ.
Область научных интересов: возобновляемые источники энергии; оценка ресурсов ВИЭ; геоинформатика; геоинформационные системы.
Публикации: соавтор 7 научных работ.
Введение
В нашей предыдущей работе [1] были проведены расчеты энергетического потенциала муниципальных отходов (твердых бытовых отходов и осадков сточных вод) регионов и городов Российской Федерации, дающие представление о перспективах его использования для получения энергии. Согласно оценкам, проведенным в работе [2], энергетический потенциал отходов сельскохозяйственного производства, и в частности растениеводства, в России в несколько раз превышает соответствующий потенциал муниципальных отходов. В связи с этим, а также с чрезвычайно динамичной ситуацией в производстве сельскохозяйственной продукции представляется актуальным уточнение оценки энергетического потенциала отходов растениеводства России с дифференциацией по различным регионам.
Важнейшей отраслью растениеводства России является зерновое хозяйство, обеспечивающее основу питания людей и значительную часть кормового рациона сельскохозяйственных животных. Иод зерновые культуры в стране занято более половины пахотных земель, в отдельные годы сбор зерна составлял более 100 млн. тонн (с 1968г по настоящее время валовой сбор зерна в РФ 12 раз превышал 100 млн. тонн). Иоэтому для производства энергии из отходов растениеводства в России представляется целесообразным рассмотреть возможности использования, прежде всего, отходов зерновых культур -соломы.
Энергетические свойства соломы и производных продуктов
В процессе уборки урожая зерновая часть куль-
туры отделяется от стеблевой, дальнейший способ заготовки соломы зависит от применяемой технологии. Часть соломы остается в виде стерни в поле и запахивается в почву [3]. Удельный вес отходов весьма значителен: соотношение зерновой части урожая и соломы составляет примерно 1:1,5, поэтому годовые объемы образования соломы близки к общему производству зерновых культур в стране [2]. Некоторые свойства соломы, характеризующие её как топливо, приведены в таблице 1 [4,5].
Как видно из таблицы, солома обладает высокой теплотворной способностью и относительно низкой влажностью, что указывает на возможность её эффективного сжигания. Элементный состав соломы незначительно отличается от соответствующих показателей для древесины. В то же время солома как топливо имеет ряд отрицательных свойств: высокое содержание хлора и щелочных металлов, из которых при высоких температурах происходит образование хлоридов натрия и калия в количествах, способных вызвать коррозию стальных элементов энергетического оборудования. Выход летучих компонентов при сжигании соломы (около 70 %) обусловливает необходимость специальных требований к распределению и смешиванию воздуха, поступающего в зону горения, а также к конструкции топки котла. Кроме того, зола, полученная от сжигания соломы, имеет относительно низкую температуру плавления, что приводит к шлакованию энергетического оборудования. Однако сегодня в прогрессивных топочных устройствах эти негативные свойства соломы преодолеваются конструктивными и технологическими решениями. На практике учитывается тот факт, что содержание хлора и калия в свежеубранной соломе («жёлтой») почти в 4 раза выше, чем в «серой», несколько дней пролежавшей в поле [3].
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 12 (152) 2014 © Научно-технический центр «TATA», 2014
Химический состав и некоторые характеристики соломы как топлива Chemical composition and some characteristics of straw as fuel
Таблица 1 Table 1
Показатели Свежая солома («желтая») Солома, хранившаяся на поле, («серая») Древесная щепа (для сравнения) Брикеты из соломы [6] Пеллеты из соломы [5]
Влажность, % 10-20 10-20 40 4,7 11,09
Низшая теплота сгорания, МДж/кг 14,4 15 10,4 18,9 15,42
Содержание летучих веществ, % >70 >70 >70
Зольность, % 4 3 0,6-1,5 5,5 4,38
Элементарный состав, %:
углерод 42 43 50
водород 5 5,2 6
кислород 37 38 43
хлор 0,75 0,2 0,02
калий (щелочной металл) 1,18 0,22 0,13-0,35 [14]
азот 0,35 0,41 0,3
сера 0,16 0,13 0,05 0,01 0,07
Температура плавления золы, °С 800-1000 950-1100 1000-1400
Svç - e -
a. И
Сжигание тюкованной соломы в специальных топках успешно реализуется на практике в целом ряде стран [3], однако такой способ не является оптимальным. Объясняется это низкой насыпной плотностью соломы (30 - 40 кг/м3), что удорожает транспортировку и хранение, усложняет систему подачи соломы в топку котла, и - главное - тюкованная солома имеет малое объемное энергосодержание. Иоэтому установки для сжигания тюков дороги, имеют невысокий КИД и неудобны для пользователей вследствие крупных габаритов топлива.
Эти проблемы решаются посредством прессования измельчённой соломы в брикеты и гранулирования с получением топливных гранул - пеллет. Брикеты из соломы обладают теплотворной способностью на единицу объема почти в 10 раз большей, чем исходное сырье, а по другим характеристикам не уступают брикетам из древесных отходов (таблица 1). Ироцесс гранулирования соломы практически не отличается от аналогичного процесса по производству древесных пеллет. Более того, преимуществом соломы зерновых, как сырья для производства гранул, является её относительно низкая влажность, что позволяет во многих случаях не проводить предварительную сушку перед гранулированием. Гранулы весьма технологичны: они имеют диаметр от 6 до 12
мм, длину до 25 мм и насыпную плотность 600 - 650 кг/м3 (почти как у бурого угля), что позволяет их легко транспортировать на значительные расстояния без опасности разрушения. Ио теплоте сгорания пеллеты из соломы немного уступают гранулам из древесины. К недостаткам брикетов из соломы можно отнести повышенную зольность: если у древесных зольность от 0,5% до 2%, то у соломенных - от 3% до 10%, - однако это едва ли можно назвать серьёзным недостатком, так как соломенная зола служит хорошим удобрением.
Энергетический выход при использовании пеллет из соломы зерновых культур в качестве твердого биотоплива практически равен выходу от угля. Теплота сгорания пеллет из соломы не намного меньше, чем у каменного и бурого угля, в то время как выброс СО2 при их сгорании меньше в 10-50 раз, а выход золы - в 15-20 р
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.