86617

1.

Лекція №7: «Поняття біомаси
та управляння ефективністю
її енергетичного
використання»
1.
2.
3.
4.
Поняття біомаси та її складові
Енергетичні культури як складова біомаси та
менеджмент ефективності їх використання
Відходи сільського господарства як складова
біомаси та менеджмент ефективності їх
використання
Енергетичний потенціал біомаси

2. 1. Поняття біомаси та її складові

Міжнародні норми закріплюють наступні визначення біомаси:
це біорозкладна фракція продуктів, відходів та осадів від сільського
господарства (включаючи рослинні та тваринні речовини), лісової та
спорідненої з нею промисловості, а також біорозкладна фракція
промислових і комунальних відходів (Директива Європейського
Парламенту та Ради 2001/77/ЄС);
це частка продукції, що зазнає біологічного розкладу, відходи та
залишки від сільського господарства, (включаючи рослинні та
тваринні речовини), лісництва та споріднених галузей промисловості,
а також частка промислових та міських відходів, що зазнають
біологічного розкладу (Директива Європейського Парламенту та
Ради 2003/30/ЄС);
це частина продуктів, що підлягає біологічному розкладенню, відходи
та залишки біологічного походження, що отримуються з сільського
господарства (враховуючи речовини рослинного та тваринного
походження), лісового господарства та суміжних галузей, враховуючи
рибальство та аквакультуру, а також частина промислових та міських
відходів, що підлягає біологічному розкладенню (Директива
Європейського Парламенту та Ради 2009/28/ ЄС

3.

З наведено випливає, що за міжнародним законодавством
ознаками біомаси є:
а) біорозкладність (можливість біологічного розкладу);
б) рослинне та тваринне походження.
Біомасою згідно міжнародного законодавства можуть бути:
а) продукти сільського, лісового господарства, рибальства,
аквакультури, суміжних галузей;
б) відходи сільського, лісового господарства, рибальства,
аквакультури, суміжних галузей;
в) залишки сільського, лісового господарства, рибальства,
аквакультури, суміжних галузей;
г) біорозкладна частина промислових відходів;
д) біорозкладна частина міських (комунальних відходів).

4.

Що стосується вітчизняного законодавства, то поняття «біомаса»
вперше було включено до ст. 17-1 Закону України «Про
електроенергетику» Законом України від 1 квітня 2009 р. № 1220-VI й
визначалося як «продукти, що складаються повністю або частково з
речовин рослинного походження, які можуть бути використані як
паливо з метою перетворення енергії, що міститься в них».
Це визначення було піддане критиці з огляду на те, що воно було
вужчим за своїм змістом, оскільки не включало органічні речовини
тваринного походження, й не відповідало вимогам Директиви
2001/77/ЄС.
Даний недолік був усунений змінами, внесеними Законом України
№5485-VI від 20 листопада 2011 р. «Про внесення змін до Закону
України «Про електроенергетику» щодо стимулювання виробництва
електроенергії з альтернативних джерел енергії».

5.

Закон України «Про альтернативні види палива» від 14 січня 2000 р
№1391-XIV (із змінами внесеними згідно із Законом № 1391-VI від
21.05.2009) в ст. 1. визначає біомасу як біологічно відновлювальну
речовину органічного походження, що зазнає біологічного
розкладу (відходи сільського господарства (рослинництва і
тваринництва), лісового господарства та технологічно пов’язаних
з ним галузей промисловості, а також органічну частину
промислових та побутових відходів.
Головний недолік – йдеться лише про відходи.
Закон України «Про альтернативні види палива» від 14 січня 2000 р. №
1391-XIV в ст. 1. (із змінами, внесеними згідно із Законом № 514- VIII
від 04.06.2015) біомаса – невикопна біологічно відновлювана
речовина органічного походження, здатна до біологічного
розкладу, у вигляді продуктів, відходів та залишків лісового та
сільського господарства (рослинництва і тваринництва), рибного
господарства і технологічно пов’язаних з ними галузей
промисловості, а також складова промислових або побутових
відходів, здатна до біологічного розкладу

6.

Науковці трактують біомасу у більш широкому розумінні:
відходи
та залишки сільського господарства, харчової
промисловості, домашнього господарства;
відходи деревини в лісовому господарстві, деревообробній та
целюлозно-паперовій промисловості;
відходи тваринництва (гноївка, гній, інші відходи), а також
відходи комунального господарства (стічні осади, відходи
домашнього господарства, органічна фракція твердих побутових
відходів, тощо);
спеціальні енергетичні культури для виробництва біомаси, що
дають швидкий приріст маси (верба, тополя, платан), або певних
сортів трав’янистих рослин (міскантус, просо, сорго та ін.);
до енергетичних культур також можна віднести ріпак, соняшник
для виробництва рідких моторних палив;
з метою енергетичного використання може вирощуватись і
кукурудза та сорго як для виробництва твердого біопалива так і
біогазу.

7.

Таблиця
Класифікація біомаси для енергетичних потреб
Група
Сторона утворення
Деревина, відходи
деревини, вторинна
деревина, відновлювана
деревина
походження
ДЕРЕВНІ
ПАЛИВА
Відходи агрокультур,
відходи тваринництва,
відходи переробки
АГРОПАЛИВА
агропродукції, енергетичні
культури
Муніципальні відходи,
промислові відходи
ВІДХОДИ
Сторона споживання
Тверді: необроблена деревина,
тирса тріска, гранули Рідкі: чорний
луг, метанол, піролізні смоли
Газоподібні: продукти газифікації та
піролізу
Тверді: солома, стебла, лушпиння,
енергетичні трави Рідкі: етанол,
метанол, піролізні смоли, жом, олії
Газоподібні: біогаз, продукти
газифікації та піролізу
Тверді: побутові відходи Рідкі:
стоки, піролізні смоли Газоподібні:
біогаз з полігонів ТПВ, біогаз зі
стоків

8.

Найбільший потенціал деревної біомаси доступний у найбільш
лісистих північних та північно-західних районах України –
Житомирьска, Львівська, Рівненська, Київська області, а також
гористі ділянки Карпат і Криму

9.

Найбільший наявний потенціал агробіомаси доступний у центральних,
південних та південно-східних районах України, де розвинуте сільське
господарство і харчовий переробний сектор

10.

Структура потенціалу біомаси в Україні млн т н.е.

11. Переваги біомаси перед традиційними джерелами енергії

Біомаса є місцевим видом палива. В процесі виробництва енергії з
біомаси використовуються наявні місцеві ресурси регіону, включаючи і
трудові. Таким чином, використання біомаси призводить до розвитку
місцевої економіки;
Біомаса є відновлюваним видом палива, а отже при раціональному
використанні, є, по суті, невичерпним джерелом енергії, використання
якого сприяє сталому розвитку регіону, та не створює типові для
традиційних енергоносіїв ризики поступового витрачання (а отже і
відповідного підвищення цін) через виснаження природних родовищ;
Біомаса є екологічно чистим паливом у порівнянні із іншими твердими
видами палива, наприклад, вугіллям. Як правило, біомаса містить
мало сірки, а її спалювання при відносно невисоких температурах не
призводить до утворення окислів азоту. Крім того, завдяки включенню
біомаси у природний цикл поглинання, зберігання та вивільнення СО2,
спалювання біомаси не призводить до посилення парникового ефекту
та знижує негативний антропогенний вплив на оточуюче середовище;

12.

Біомаса, як правило, є більш дешевим паливом у перерахунку на
одиницю енергії, ніж інші види традиційних енергоресурсів; при цьому
тенденції останніх 20-ти років показують більш швидкі темпи росту цін
на традиційні енергоресурси, ніж на відновлювані, і ця різниця з
кожним роком збільшується
Ринок виробництва енергії з біомаси є новим сектором економічної
діяльності, що створює нові робочі місця, сприяє росту регіонального
валового продукту та загальному «озелененню» економіки;
Використання біомаси зменшує кількість відходів та сміття у містах, а
у випадку використання біогазу – призводить до утилізації
небезпечних відходів з полігонів ТПВ, що сприяє очищенню
засмічених територій, поверненню біорізноманіття, загальному
покращенню екології;
Впровадження об’єктів генерації на біомасі сприяє залученню
сучасних, передових технічних рішень у сферу теплозабезпечення,
оновленню технологічних парків існуючого обладнання, розвитку
виробництва нового обладнання, діяльності з його монтажу та
обслуговування.

13. 2. Енергетичні культури як складова біомаси та менеджмент ефективності їх використання

Трактування категорії «енергетичні культури» науковцями різниться, що є
причиною виникнення складнощів у підходах до стимулювання їх виробництва і
використання. Найбільш широко вживаним є визначення енергетичних культур як
рослин, які спеціально вирощуються для використання безпосередньо у ролі
палива або для виробництва біопалива
Більшість українських науковців під енергетичними культурами розуміють саме
міскантус, вербу, тополю, тобто ті культури, які призначені суто для енергетичних
цілей, інколи до цього переліку додають кукурудзу на біогаз, ріпак, соняшиник,
сою на біодизель, пшеницю, цукрові буряки – на біоетанол.
Урожайність енергетичних культур є головним фактором під час вибору виду
культури для вирощування у визначеній місцевості і напряму залежить від
кліматичних, ґрунтових та інших умов. Культури мають різну потребу у воді,
можуть значно відрізнятися за морозо- і посухостійкістю.
В
Україні
набули
поширення
різні
види
біоенергетичних культур, серед яких верба, тополя,
міскантус гігантський, просо прутоподібне (свічграс).
З переліком адаптованих для умов нашої держави
сортів можна ознайомитися в Державному реєстрі
сортів рослин, придатних для поширення в Україні
на 2021 рік.

14. Таблиця Характеристики енергетичних культур відносно умов вирощування

Температура, °С
Культура
Проростання
насіння
Верба
Тополя
Евкаліпт
-
Двокісточник
тростиноподібний
Просо
прутовидне
Потреба у
воді
Росту культури
min
max
Швидкозростаючі деревні культури
0
3,0
висока
0
30
середня
5
30
висока
Багаторічні трав’янисті культури
Морозостійкість
Посухостійкість
висока
середня
низька
низька
середня
висока
>7
7
30
висока
висока
низька
>15
10
35
середня
висока
середня /
висока
середня
низька
низька
висока
Міскантус
>8
10
40
середня /
середня
висока
Артишок
іспанський
>5
5
35
низька

15.

Таблиця
Перелік сортів рослин для біоенергетичного напряму використання із Державного
реєстру сортів рослин, придатних для поширення в Україні
Назва сорту
Рік
Рекомендована зона
вирощування*
Верба прутовидна Salixviminalis L.
Катя / Katia
2019
CЛП
М1 / М1
2019
CЛП
Євангеліна / Yevanhelina
2019
CЛП
Збруч / Zbruch
2018
CЛП
Wilhelm/Wilhelin
2014
С
Панфильська 2 / Panfyl's'ka 2
2014
ПЛ
Верба тритичинкова Salixtriandra L.
Ярослава / Yaroslava
2018
ЛП
Панфильська / Panfyl's'ka
2014
ПЛ
Верба біла Salixalba L.
CORVINUS/Corvinus
2016
ПЛС
Міскантус гігантський Miscanthus x giganteus J.M. Greef & Deuter ex Hodkinson & Renvoiz
Біотех / Biotekh
2017
СЛП
Осінній зорецвіт / Osinniizoretsvit
2015
ЛП
Гулівер / Huliver
2015
ПЛ
Верум / Verum
2014
ПЛС
Міскантус цукроквітковий Miscanthus sacchariflorus (Maxim) Benth
Снігова королева / Snihovakoroleva
2015
ПЛ
Снігопад / Snihopad
2015
ПЛ
Просо прутоподібне Panicum virgatum L. (Switchgrass)
Лядовське / Liadovske
2018
ЛП
Морозко / Morozko
2015
ЛП
Зоряне / Zoriane
2015
ЛП
Міскантус китайський Miscanthussinensis Anderss.
Велетень / Veleten
2017
ЛП
Місячний промінь / Misiachnyi promin`
2015
ЛП
Код реєстрації
власника**
2300
2300
2300
1751
1947
1767
350
1767
1865
191
1751
348
1955
1751
348
1751
1751
348
348
1751

16.

Енергетична тополя – це дерево, яке відносять до родини
вербових. Існує безліч різновидів цієї рослини, в світі їх налічують
більше ста.
Енергетична тополя належить до багаторічних
деревовидних енергетичних культур. Тополя може виростати на
будь-якому ґрунті, включаючи бідні і непродуктивні землі, непридатні
для росту сільськогосподарських культур. Одним з основних вимог
для успішного росту дерева є достатній рівень вологи в ґрунті. Тому
тополя в природі часто зустрічається біля річок або на ґрунтах з
неглибоким протіканням ґрунтових вод. Добре позначається на
зростанні тополі вміст в ґрунті вапна. Для росту тополі необхідно
багато світла.
Технологія
вирощування енергетичної тополі передбачає
дотримання таких агротехнологічних вимог: густота посадки – до
9000 шт/га, а оптимальна довжина саджанця – 25 см, при посадці
щонайменше одна брунька саджанця має залишитися над
поверхнею землі. Рослину висаджують тільки навесні.
10 т тріски з тополі заміщує 2500 м3 природного газу.

17.

Основні агроенергетичні характеристики тополі: урожайність:
40-60 т/га, кожні 3-5 років; річний приріст: 16 т/га;
продуктивність: 20-25 років; теплота згоряння складає 18
МДж/кг.
Успішним прикладом вирощування енергетичної тополі в
Україні є компанія з французькими інвестиціями «Bioproject»,
яка працює тут з 2011 року. Площа плантацій становить 400 га,
з них 350 га – у Львівській області та 50 га – у Житомирській.
З деревини тополі і відходів її деревообробки виготовляють
паливні пелети, брикети для спалювання в котлах; частину
деревини спалюють в необробленому вигляді. Використання
біомаси тополі в якості енергетичної сировини може істотно
зекономити кошти і при цьому не завдати шкоди природі,
оскільки при згорянні тополі в атмосферу не виділяються
токсичні складові.

18.

Енергетична верба – є найбільш розповсюдженою культурою в
світі. Це пов'язано з тим,що генотип верби — один із
найбагатших після рису, і це дає можливість створювати нові
сорти та гібриди для різноцільового використання.
Продуктивність верби, за даними експертів, становить 10-15 т/га
(за сприятливих грунтово-кліматичних умов урожайність зростає
до 25-30 т/га) сухої маси в рік, що перевищує за
продуктивністю традиційні лісові насадження у 14 разів.
Енергетична верба — екологічно чиста сировина, що
використовується
як
відновлюване
тверде
біопаливо
органічного походження, яке при згорянні в котлах не порушує
баланс вуглецю в атмосфері. Це різновид твердого біопалива,
придатний для промислового виробництва теплової та
електричної енергії за ціною, удвічі меншою порівняно з
використанням газу.
Енергетична верба позитивно впливає
на екологію та довкілля. Один гектар
плантації поглинає з повітря понад 200 т
СО2 за три роки.

19.

Вирощування верби має ряд переваг, порівняно з традиційним
веденням лісового господарства. Завдяки високій інтенсивності
вирощування, можливості застосування при експлуатації плантацій
мінімально можливого обороту рубання (1-3 роки) вирощування
енергетичної
вербової
сировини
більш
наближене
до
сільськогосподарського виробництва
Збір врожаю виконується на третій рік існування плантації та в
подальшому кожен третій рік. Для 24-річної плантації кількість
зборів врожаю дорівнює 8, при чому врожайність першого і
останнього років буде на 30-40% меншою. Верба стійка до
заморозків, посухи та шкідників, може рости на пагорбах, у ярах і на
землях, що є непродуктивними для традиційного рослинництва,
захищає грунти від ерозії.
Теплотворна здатність верби становить близько 18 МДж/кг сухої
речовини. Одна тонна верби вологістю 40% забезпечує 1 Гкал
тепла.

20. Спеціалізовані машини для вирощування енергетичних культур

Egedal Energy Planter – агрегат для
посіву енергетичних культур,
вартість - близько 110 тис. євро
Трактор із спеціальною жаткою
для збору енергетичної верби
Salix head HSAB

21.

Однією з проблем налагодження вирощування енергетичної верби
українськими фермерами є те, що для закладення плантацій вони
потребуватимуть спеціалізованої техніки
Для фермерських господарств це досить великі капіталовкладення.
Купувати специфічну техніку для висадки енергетичної верби, що
буде вирощуватись на території меншій пари тисяч гектар,
нерентабельно. Вирішення проблеми лежить у співпраці з
компаніями, які вже сьогодні займаються вирощуванням
енергетичної верби і надаватимуть техніку в оренду.
В Європі невеликі компанії з вирощування енергетичної верби
взагалі працюють без техніки – для певних операцій наймають
компанію, у якої є всі необхідні машини. Така модель працює в
Польщі, Німеччині, Данії, Швеції. У кожній європейській країні
працюють компанії, в яких є спеціальні насадки для комбайнів, і до
них звертаються, коли настає час збирати врожай енергетичної
верби

22.

23.

24.

Має досвід у вирощування енергетичних культур і Ялтушківська дослідноселекційна станція Інституту біоенергетичних культур і цукрових буряків
Національної академії аграрних наук України, що входить до складу НВВК
«Всеукраїнський науково-навчальний консорціум». На малопродуктивних
землях, розчищених від сміттєзвалища, у 2017 році було закладено пілотну
ділянку площею 1,7 га для вирощування енергетичної верби та міскантусу

25.

Вирощена на дослідних ділянках ДСС біомаса використовується для
енергетичної автономізації: для отримання теплоенергії, яка йде на
обігрівання тепличного комплексу та приміщень станції. Енергетична верба
подрібнюється до щепи, використовуються і інші види вирощеної біомаси.
Обігрів теплиць забезпечується роботою двох котлів прямого спалювання
другий
поверх
адміністративної
будівлі
опалюється
завдяки
газогенераторному котлу для двофазного спалювання щепи та відходів.
а
Рис. Щепа
енергетичної верби,
Ялтушківська ДСС
б
Рис. Котли для спалювання біомаси енергетичних культур
у Ялтушківській ДСС
а. прямого спалювання
б. газогенераторний для двофазного спалювання

26.

Основні енергетичні культури мають різний потенціал виробництва з
них твердого біопалива
Таблиця
Порівняльна характеристика енергетичних рослин для виробництва
твердого біопалива
Культура
Міскантус
гігантський
Світчграс
(просо
прутоподібне)
Верба
Тополя
Вихід сухої
маси,
(т/га)/рік
Нижча
теплота
згорання,
МДж/кг
сух.м.
Виробництво
енергії,
ГДж/га
Вміст води в
момент
збору врожаю, %
Зола, %
8,0-32,0
17,5
311,9-419,0
15,0
3,7
9,0-18,0
17,0
266,8-312,2
15,0
6,0
8,0-20,0
9,0-16,0
18,5
18,7
280,0-315,0
170,0-300,0
53,0
49,0
2,0
1,5
За виробництвом енергії з одного гектара лідирують міскантус
гігантський (311,9-419,0 ГДж/га) та енергетична верба (280,0-315,0
ГДж/га

27. 3. Відходи сільського господарства як складова біомаси та менеджмент ефективності їх використання

Відходи – будь-які речовини, матеріали і предмети,
що утворилися у процесі виробництва чи
споживання, а також товари (продукція), що повністю
або частково втратили свої споживчі властивості і не
мають подальшого використання за місцем їх
утворення чи виявлення і від яких їх власник
позбувається, має намір або повинен позбутися
шляхом утилізації чи видалення (ЗУ «Про відходи»)
Згідно
з
Директивою
Європейського Парламенту та
Ради 2008/98/ЄС про відходи
«менеджмент
відходів»
трактується
як
збирання,
перевезення, оброблення відходів
(включаючи
відновлення
та
видалення), нагляд за такими
операціями і подальший контроль,
нагляд за об'єктами видалення
відходів після їх закриття, а також
діяльність брокерів та дилерів

28.

Рис. Класифікація відходів аграрних підприємств

29.

Органічні відходи рослинництва
Відходи зернових культур, кукурудзи та соняшнику, бурякове
бадилля, некондиційний урожай, обрізки саду, некондиційні
плоди і овочі, вторинні відходи
Переробка/утилізація з метою енергетичного
використання
Теплова й електрична
енергія
Пряме
спалювання
Тверде біопаливо
Пресування,
брикетування
Біоетанол
Гідроліз і
дистиляція
Переробка/утилізація на неенергетичні
цілі
Виробництво
вторинної
продукції
Компостування
Заорювання
Горючі гази, смоли,
деревне вугілля
Піроліз*
Біогаз
Анаеробне
зброджування
Целюлоза,
папір, картон,
корми,
підстилка
тощо
Добрива
Рис. Найбільш поширені методи переробки органічних
відходів рослинництва та вторинна продукція, що при
цьому отримується

30.

Методи переробки відходів рослинництва для енергетичного
використання передбачають:
1. спалювання відходів рослинництва з виробництвом теплової та
електричної енергії, придатної для використання як на виробництві,
так і у побуті;
2. пресування та брикетування відходів рослинництва з виробництвом
твердого біопалива (пелети, брикети), які використовуються для
спалювання у піролізних котлах;
3. технології гідролізу та дистиляції – виробництво гідролізного спирту
(біоетанолу другого покоління);
4. піроліз (більше стосується відходів деревного походження) –
виробництво горючих газів, смол, деревного вугілля (напівкокс).
5. переробка на біогаз.
Таким чином, відходи рослинного походження є потенційною сировиною
для виробництва теплової та електричної енергії, різних видів
біопалива, інших енергетичних ресурсів. Проте, вартість практичної
реалізації технологій є різною і не завжди доступною для більшості
аграрних підприємств; деякі технології потребують кваліфікованих
працівників, або ж пов’язані зі складнощами в отриманні дозволів.

31.

Органічні відходи (побічна продукція) тваринництва
Гній ВРХ, свиней, овець, кіз; пташиний послід; відходи тканин
тварин (мертві тварини); відходи боєнь
Переробка/утилізація з метою енергетичного
використання
Біогаз
Компостування
Електрична
енергія
Вермикомпостування
Теплова
енергія
Компостування із
застосуванням
гуматів
Біометан
Біодобрива
Анаеробне
зброджування
Переробка/утилізація на неенергетичні
цілі
Перегній
Настоювання
Захоронення
Рис. Найбільш поширені методи переробки органічних
відходів (побічної продукції) тваринництва та вторинна
продукція, що при цьому отримується

32. 4. Енергетичний потенціал біомаси

Висновки щодо доступного енергетичного потенціалу біомаси
ґрунтуються на теоретичній оцінці виходячи з:
статистичних
даних
по
рівню
сільськогосподарського
виробництва (урожайності основних культур, структури
сільського господарства, коефіцієнту утворюваних відходів),
рівню
лісистості регіону, інтенсивності рубок головного
користування та відходів деревини, що утворюються на
деревообробних підприємствах, рівню заготівлі дров у даному
регіоні,
загальній
потужності виробників біопалива рослинного
походження (гранул, брикетів), деревообробних та переробних
підприємств та інших підприємств, що використовують біомасу,
в т.ч. для енергетичних потреб.

33.

Таблиця
Прогнозна оцінка енергетичного потенціалу біомаси в Україні,
2050 р.
Вид біомаси
Теоретичний
потенціал,
млн т
Потенціал, доступний для
енергетики (економічний)
Частка теор.
потенціалу, %
млн т
н.е.
Солома зернових культур*
Солома ріпаку
Побічні продукти виробництва кукурудзи на зерно
(стебла, стрижні)*
49,2
4,9
58,1
30
40
40
5,04
0,68
4,45
Побічні продукти виробництва соняшника (стебла,
корзинки)
26,9
40
1,54
Вторинні сільськогосподарські залишки (лушпиння
соняшника)
2,4
100
1,00
Деревна біомаса (паливна деревина,
порубкові залишки, відходи деревообробки)*
12,3
96
2,88
Деревна біомаса (сухостій, деревина із захисних
лісосмуг, відходи ОВБСН)
8,8
45
1,02
Біодизель (І і ІІ покоління)*
Біоетанол (І і ІІ покоління)*
Біогаз з відходів та побічної продукції АПК*
8,4 млрд м3 СН4
83
1,10
2,33
5,92
Біогаз з ТПВ*
0,7 млрд м3 СН4
70
0,42
Біогаз зі стічних вод (промислових та комунальних)*
0,4 млрд м3 СН4
31
0,11
Енергетичні рослини*:
- верба, тополя, міскантус**;
- кукурудза (на біогаз)**.
34,5
7,5 млрд м3 СН4
100
100
14,65
6,43
-
-
47,57
Всього

34.

Біомасу можна використовувати в енергетичних цілях шляхом
безпосереднього
спалювання (деревини, соломи, стічних
відкладень),
у переробленому вигляді рідких (ефіри ріпакової олії, спирти,
рідкі продукти піролізу) або газоподібних біопалив (біогаз з
відходів сільського господарства та рослинництва, осаду стічних
вод, твердих побутових відходів, продукти газифікації твердих
палив).
Конверсія біомаси в інші види енергоносіїв або кінцеву енергію
(теплову або електричну) може відбуватись фізичними,
хімічними і біохімічними методами.

35. Рис. Конверсія біомаси в енергію і біопаливо

36. Технології спалювання біомаси

Технології спалювання біомаси розділяють на три основні
типи: спалювання в шарі, пилове спалювання, спалювання в
псевдозрідженому стані, а також комбінований тип – сумісне
спалювання біомаси з іншими паливами.

37.

Таблиця
Технології та обладнання для спалювання біомаси
Технологія
спалювання
Опис
Види топок, пальників
Колосникові грати (рухомі
та нерухомі)
У
шарових
топках
паливо
спалюється
Стокер
Шарове
пошарово з подачею палива зверху або знизу
Реторта
Затиснутий шар
За допомогою системи повітряних сопел в Вихрова топка
Вихрове (циклонне) топці (пальнику) створюється потужний вихор, Камерні пилові і циклонні
в якому згорають зважені частинки біомаси
топки
Розпилене
Псевдозріджене
Обертове
Дуже дрібні і сухі відходи деревини (вологістю
до 20 %), наприклад, тирса та шліфувальний
пил,лушпиння,
можуть
спалюватися
у Вихровий пальник
вихровому пальнику. Ця система нагадує
систему спалювання пилоподібного вугілля
Паливо з високою вологістю та зольністю, Киплячий шар
суміші різних видів палива, спалюються в
турбулентній зоні над киплячим шаром Циркулюючий киплячий
шар
інертного кварцового піску
В процесі спалювання сировина струшується і
перемішується при безперервному обертанні
циліндричної
топки.
Як
правило Циліндричні обертові топки
використовується для вологого, зольного та
неоднорідного виду палива, а зокрема ТПВ

38.

Спалювання
біомаси
може
бути
організовано наступними шляхами:
котельні на біомасі
ТЕЦ на біомасі
комбіноване виробництва теплової та
електричної енергії

39. 1. Котельні на біомасі

Водогрійні котли на біомасі дозволяють опалювати як окрему
квартиру, так і цілий будинок, а також кілька будинків при їх
застосуванні в галузі централізованого теплопостачання. Крім того,
такі котли можуть використовуватись для отримання гарячої води на
побутові потреби. Котли на біомасі можуть бути як з природною, так і
примусовою циркуляцію теплоносія (води), а також з природною або
примусовою подачею повітря та відведенням димових газів.
Для
опалення
непобутових
приміщень
(склади,
гаражі,
промислові цехи, тощо), а також для
забезпечення
процесу
сушки,
можуть використовуватись повітряні
нагрівачі на біомасі, в яких тепло від
топки передається не воді, що
циркулює в замкненому контурі, а
повітрю,
що
подається
вентилятором
через
поверхні
теплообміну.
Типова нонструкція котла на дровах

40.

Рис. Основні елементи котельні на біомасі (деревна тріска).

41. 2. ТЕЦ на біомасі

Для
промислових
потреб
та
отримання
електроенергії
використовуються парові котли, що виробляють перегріту пару, яка
поступає на парову турбіну, а також термомасляні котли, через які
циркулює теплоносій, що випаровує робочу рідину в спеціальному
теплообміннику. Отримана пара поступає на турбіну для подальшого
вироблення електроенергії та конденсується (так званий ORC-цикл).
Принципова схема ТЕЦ на твердій біомасі

42. 3. Схеми забезпечення виробництва теплової та електричної енергії

Комбіноване виробництво теплової та електричної енергії
шляхом спалювання палива можна розділити на закриті та
відкриті теплові цикли.
В закритих теплових циклах процес спалювання палива й
отримання
електричної
енергії
фізично
відокремлені:
спалювання палива відбувається в котлі де генерується пара,
яка в подальшому використовується в паровій турбіні. Таким
чином, парова турбіна перебуває в контакті лише з чистою
парою й не контактує з продуктами згорання після котла. Отже,
замкнуті цикли добре підходять для твердих видів палива й
широко застосовуються для виробництва теплової енергії з
вугілля, БМ та ТПВ.
Відкриті цикли, як правило, використовують для газоподібних та
рідких палив в двигунах внутрішнього згорання та газових
турбінах.

43.

На сьогоднішній день обсяги споживання біомаси для виробництва
енергії в Європейському Союзі становлять понад 120 млн т н.е./рік, а
до 2030 року валове кінцеве споживання біомаси має зрости до 138 млн
т н.е./рік. Основним видом біомаси, що використовується, є тверда
біомаса. Її частка в загальному обсязі споживання незмінно становить
близько 70%.
Внесок біомаси до валового кінцевого енергоспоживання ЄС вже
перевищив 14%. В окремих країнах-лідерах рівень розвитку
біоенергетики значно вищий середньоєвропейського. Так, у Фінляндії
частка біомаси в кінцевому енергоспоживанні становить 28%, у Латвії –
більше 27%, у Швеції та Естонії – близько 26% (для порівняння – в
Україні – 1,78%).
У США, де 4% енергії одержують з біомаси (майже стільки ж, як від
атомних електростанцій), сьогодні працюють установки, що спалюють
біомасу для одержання електроенергії загально встановленою
потужністю 9000 МВт. Біомаса може з легкістю забезпечити більш 20%
енергетичних потреб цієї країни. Іншими словами, наявні земельні
ресурси й інфраструктура сільського господарства дозволяють замінити
всі працюючі атомні станції США без зміни цін на продовольчі товари.
Більше того, використання біомаси для виробництва етанолу може
зменшити імпорт нафти в цю країну на 50%.

44.

Основними напрямами реалізації енергетичного потенціалу біомаси в
Україні є виробництво теплової та електричної енергії. Відповідні концепції
розвитку енергогенерації на біомасі до 2020 р. і 2030 р. були розроблені
Біоенергетичною асоціацією України.
До 2030 року біомаса може замінити близько 7,5 млрд м3/рік природного газу
для виробництва теплової енергії в Україні.
Таблиця
Ключові показники концепції виробництва теплової енергії з біомаси в Україні
Показники
Споживання первинних енергоресурсів, млн т у. п
Частка біомаси в загальному споживанні енергії
млн т у. п.
Частка біомаси у валовому кінцевому енергоспоживанні
Встановлена потужність біоенергетичного обладнання для виробництва теплової енергії,
МВтг
розподіл потужності:
ТЕЦ на біомасі
ТЕЦ на ТПВ
котельні, побутові котли та печі на біомасі
Об’єм БМ для виробництва теплової енергії, млн т у. п.
Частка від потенціалу біомаси
Загальне виробництво теплової енергії, млн Гкал
Частка біомаси в загальному виробництві теплової енергії
млн Гкал
2011 р.
180,7
1,24%
2,24
1,78%
2020 р. 2030 р.
212,8 238,1
3%
7%
6,4
16,7
4,3% 10%
3586
7665
17150
1%
99%
2,16
6,4%
232
6%
13,9
13%
2%
85%
4,29
13%
250
14%
35,0
25%
10%
65%
8,84
26%
271
32%
86,7
Заміщення споживання природного газу для виробництва теплової енергії, млрд м3/рік
частка від загального обсягу споживання природного газу
1,67
2,9%
3,5
7%
7,5
15%

45. Література:

обов’язкова:
Токарчук Д.М. Менеджмент ефективності виробництва і споживання біомас і
біопалива: Опорний конспект лекцій. URL: http://socrates.vsau.org
Калетнік Г.М. Виробництво та використання біопалив. В.: Консоль, 2015. 408 с.
Калетнік Г.М., Пришляк В.М, Біопаливо: ефективність його виробництва та
споживання в АПК України: навч. посіб. К.: Хай-Тек Прес, 2011. 310 c.
Пришляк Н.В., Токарчук Д.М., Паламаренко Я.В. Забезпечення енергетичної та
екологічної безпеки держави за рахунок біопалива з біоенергетичних культур і
відходів. Вінниця: ТОВ «Консоль», 2019. 336 с.
Додаткова:
Все про біомасу. Науково-популярне видання (Рівне: Громадська організація
"Рівненський центр маркетингових досліджень", 2011. 36 с
Калетнік Г.М., Токарчук Д. М. Ефективність вирощування енергетичних культур та їх
переробки на біопаливо в контексті забезпечення енергетичної автономії аграрних
підприємств. Економіка, фінанси, менеджмент: актуальні питання науки і
практики. 2021. № 1. С. 7-25.
Токарчук Д.М., Пришляк Н.В., Паламаренко Я.В. Перспективи використання відходів
рослинництва на виробництво біогазу в Україні. Агросвіт. 2020. №22. С. 51-57.