مهندسی برق قدرت و انرژیهای نوین

مهندسی برق قدرت و انرژیهای نوین - انرژی بیوماس

علی رشیدی
مهندسی برق قدرت و انرژیهای نوین

انرژی بیوماس

هر ارگانیسم زنده ای که انرژی خورشید را جذب نموده و به صورت کلروفیل در خود ذخیره نماید بیوماس نام دارد.منابع بیوماس به طور کلی به موادی که  منشا آنها از موجودات زنده و گیاهان  است اطلاق میشود . منابع بیوماس به صورت پراکنده در سراسر جهان یافت می شود هزینه جمع اوری این منابع در حجم های زیاد به دلیل پراکنده بودن،پایین بودن چگالی انرژی قابل ملاحظه می باشد.بیوماس یک منبع تجدید پذیر میباشد که ارزش بهای آن بسیار کم ودر برخی موارد منفی میباشد. استفاده از منابع زیست توده در مناطق دور افتاده روستایی برای ایجاد تولید انرژی الکتریکی باعث صرفه جویی در صنعت برق وسوختهای فسیلی میباشد. بیوماس با انعطاف پذیرترین منبع غیر نفتی است که هم به طور مستقیم وهم با تبدیل به سوختهای گازی یا مایع در تولید انرژی الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد بیوماس با عنوان چهارمین منبع اصلی انرژی بشر وبه عنوان بزرگترین منبع انرژی تجدید پذیر در جهان در تامین حدود 14% از برق و17% از کل انرژی اولیه جهان در سال 1998مشارکت داشته است.

از نقطه نظر تاریخی اصلی ترین منبع بیوماس چوب و برگهای خشک درختان بوده است که بشر برای ایجاد حرارت از آن به صورت احتراق مستقیم بهره می گرفت.بعدها مواردی مانند گاز حاصل از دفن زباله در طبقات زیرین زمین و گاز متصاعد شده از مردابها نیز که به صورت اشتعال ناقص عمل می کند نیز به این موارد افزوده گردید.در سال 1776 ولتا با بررسی و مطالعات بسیار دریافت که از تخمیر زباله و برگ و ساقه های پوسیده گیاهان با توجه به نوع خاک گاز متان تولید می شود که از ترکیب این گاز با نسبت معینی از هوا انفجار روی می دهد.طرحهای کاربرد انرژی بیوماس رفته رفته افزایش یافت تا اینکه در سال 1884 شخصی به نام گاین با کاربرد انرژی بیوماس روشنایی شهر پاریس را تامین نمود.اما در ایران نیز اولین کاربرد استفاده انرژی بیوماس به شکل جدید در سال 1354 در روستای نیازآباد لرستان شروع شد که منبع مورد استفاده آن فضولات گاوی روستا است و انرژی حاصله صرف گرم کردن حمامهای روستا می شود البته شایان ذکر است که کاربرد اینچنینی از این منبع متفاوت از کاربرد قدیمی است که بصورت اشتعال مستقیم بهره گرفته می شد.

مهمترین منابع بیوماس عبارتند از چوب، برگهای خشک درختان، زائدات جنگلی و کشاورزی و باغداری و صنایع غذایی، فضولات دامی، زباله های جامد و شهری و صنعتی،فاضلاب پسماندها و زائدات آلی صنعتی، فاضلابهای شهری و ...

 هر کدام از منابع فوق الذکر دارای مواد آلی و ارزش حرارتی خاصی میباشند که با اعمال فرآیندهای خاص فیزیکی و شیمیایی چون تجزیه، ترکیب ، تخمیر و ...بر روی هرکدام از این منابع  گازی متصاعد میشود که بیو گاز نام دارد.این گاز پس از طی مراحل و فرآیندهای تصفیه ای که بر طبق استانداردهای جهانی تدوین شده است می تواند به عنوان یک حامل انرژی زا نقش سوخت اصلی را برای ایجاد گرما از جمله در بویلر نیروگاههای بخار ایفا نماید. تکنولوژیهای اصلی مورد استفاده در تبدیل انرژی بیوماس شامل:فرآیندهای احتراق مستقیم،فرآیند های ترمو شیمیایی و فرآیندهای بیو شیمیایی  می باشند.

فرایند احتراق غیر مستقیم در حال حاضر از اساسی ترین فرایند ها برای تبدیل انرژی بیوماس به انرژی حرارتی میباشد.

با توجه به اینکه کوره ها وبویلر های مصرف کننده سوخت جامد از سالها پیش برای به کار بردن زغال سنگ طراحی ساخته شده اند با کمی تغییر میتوان همین تاسیسات رابرای تغذیه با بیوماس به کار گرفت.

سیستمهای احتراق مستقیم به طور کلی مجهز به دو نوع کوره میباشد;  کوره های بستر سیال و کوره های بستر ثابت

در فرایند ترمو شیمیایی بیوماس با دریافت گرما به محصولات با ارزشی که معمولا از نوع یک مخلوط گازي ، يك مايع نفت مانند و يا چيزي شبيه زغال كربني خالص مي باشد ،  تبدیل می گردد.

همچنین در فرآیندهای بیوشیمیایی  مواد زیست توده به روشهای ذکر شده در ذیل در اثر فعالیت متا بولیک ارگانیزم های میکروبی ، به سوختهای گازی یا مایع تبدیل میشوند.

تخمیر بی هوازی برای تولید بیو گاز

در طی این فرایند ماده آلی (ارگانیکی)به طور کامل به صورت مواد گازی تبدیل میشوند.مواد ارگانیکی به طور کلی به موادی اطلاق میشوند که دارای حیات بوده ویا میباشند.گازهای حاصل از تخمیر اصولا شامل دی اکسید کربن ومتان میباشند گازهای متعدد دیگری در فرایند حاصل میگردند که از قرار زیر میباشند.

 

اجزای تشکیل دهنده

مقدار حاصل

متان

50-60درصد حجمی

دی اکسید کربن

35-50درصد حجمی

رطوبت

30-160گرم در متر مکعب

سولفید هیدروژن

5گرم در متر مکعب

عملکرد تخمیر بی هوازی تابع عوامل متعددی میباشد که از آن جمله عبارتند از: دما، نوع راکتورو نحوه به کارگیری آن، حضورموجودات زنده ذره بینی  ، نرخ بار گذاری مواد و زمان حبس .

ارزش حرارتی بیو گاز بستگی کامل به مقدار متان تولید شده در آن داردهرچه مقدار متان بیشتر باشد، قابلیت سوخت وارزش حرارتی بیو گاز بیشتر خواهد بود . از سوخت بیو گاز می توان به عنوان سوخت در نیروگاههای توربین گازی،نیروگاههای بخار ویا موتورههای احتراق داخلی برای تولید انرژی الکتریکی استفاده کرد.

در جدول  زیرسازگاری فناوری های مختلف  با انواع مختلف بیوماس بررسی شده است

فاضلاب های شهری

تنها فناوری تخمیر بی هوازی برای این منابع قابل استفاده است ونتیجه تولید گاز متان است.

فاضلاب های صنایع غذایی

فناوری تخمیر بی هوازی که بوسیله راکتورهای گوناگون انجام می پذیرد و مواد آلی فاضلاب های صنعتی به متان تبدیل می شود.

زباله های شهری

فناوری احتراق مستقیم به دو صورت در مورد زباله های شهری به کار می رود.

برای زباله های خام به روش بستر ثابت و برای سوخت مشتق از زباله به روش های بستر ثابت وبستر سیال امکان پذیر است.

فناوری ترموشیمیایی ؛ فناوری گازی کردن با اکسیژن مورد استفاده قرار می گیرد.

فناوری تخمیر بی هوازی؛ به دو صورت تخمیر در محل دفن و تخمیر در مخازن قابل انجام است.

زائدات کشاورزی و جنگلی

فناوری های تخمیر بی هوازی مورد استفاده قرار می گیرند.

فضولات دامی

فضولات دامی بر اساس تخمیر بی هوازی به بیوماس تبدیل می شوند ویا مستقیما سوزانده می شوند.

برای ساخت یک نیروگاه بیوماس روشهای مختلفی وجود دارد.اصولا منابع بیوماس از طریق احتراق مستقیم ویا از طریق سوختهای گازی ویا مایع قابل استفاده برای تولید برق در نیروگاههای با موتورهای احتراقی، نیروگاههای بخار،نیروگاههای توربین گازی ونیروگاههای بیوماس سیکل ترکیبی میباشند.

برای ایجاد یک نیروگاه بیوماس بخصوص از نوع ضایعات جامد شهری،اطلاع از میزان وارزش گرمایی منبع بیوماس بسیار حائز اهمیت است.با آگاهی از این دو کمیت ونیز میزان بازدهی نیروگاه مورد نظر، طراحی اقصادی تجهیزات ومحاسبه ظرفیت نیروگاه امکان پذیر میباشد.

در حال حاضر استخراج گاز متان حاصل از دفن زباله ها فقط در سه شهر شیراز ، مشهد و اصفهان در دست بررسی و یا اجراست که با توجه به رشد این شهرها و سایر مراکز پرجمعیت کشور و در راس آنها تهران   و در نتیجه افزایش انواع  منابع بیوماس که در صورت عدم استفاده فقط روز به روز چهره محیط زیست را بدتر می نمایند ،نیاز به توسعه کاربرد و نصب تاسیسات مورد نیاز در این شهرها  و سایر شهرهای در حال رشد کاملا محسوس می باشد.

ضایعات شهری که شامل انواع و اقسام مواد سوختنی و غیر سوختنی همراه با برخی ترکیبات سمی است یکی از مهمترین و مورد نیاز ترین  موارد انرزی بیو ماس میباشد.این زباله ها به هر دو صورت پردازش شده و خام می توانند تبدیل به انرژی شوند ولی از آنجایی که احتراق سوختهای جامد موجب آلودگی اتمسفر و مشکلات مربوط به لایه ازن می شود باید در احتراق مستقیم این مواد با دقت بسیار زیاد به آلاینده های تولید شده توجه و کنترل شود اما راه بهتر دفن این زباله ها در لایه های زیر زمین و استخراج بیوگاز از آن برای سوخت بویلر نیروگاهها می باشد.

در حال حاضر اصلیترین کاربردهای بیوماس با استفاده از بیو گاز تولیدی شامل بویلرهای نیروگاهی ،اجاقهای بیوگاز سوز، لامپهای بیوگاز سوز، بخاریهای تابشی ، آبگرمکنهای بیو گاز سوز ، یخچالهای جذبی ،متورهای دیزلی و چرخه ای و تبدیل و چهارزمانه بیوگازسوز و...می باشند که تکنیکهای تولید انرژی از این منابع  روز به روز در حال گسترش می باشند.

مهمترین مزیت کاربرد بیوماس ذخیره منابع ارزشمند و رو به پایان فسیلی و کمک عظیم در جهت پاکی محیط زیست نام برد.

استفاده از منابع بيوماس باعث كاهش ميزان اسيدي بودن باران ، آلودگي خاك و ‌آب مي گردد . با كشت محصولات انرژي زا ، ميتوان جايگاههايي وسيع براي حيات وحش تهيه نمود و بدين ترتيب تاثير مثبت بر زندگي آنها داشت .



تاريخ : دوشنبه بیست و سوم دی 1387 | 18:49 | نویسنده : علی رشیدی |
.: Weblog Themes By SlideTheme :.