ВОЗМОЖНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ТОПЛИВ Член-корреспондент

ВОЗМОЖНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ТОПЛИВ Член-корреспондент РАН, д. т. н. , профессор В. Г. Систер 1

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТРАДИЦИОННЫХ ВИДОВ ТОПЛИВА П Р О Б Л Е М Ы • Зависимость потребителей нефти от мировых цен; • Высокое содержание вредных веществ в автомобильных выбросах; • Дороговизна транспортировки природного газа с труднодоступных месторождений КРИТЕРИИ ПЕРЕХОДА С ТРАДИЦИОННЫХ ТОПЛИВ НА НОВЫЕ Снижение энергозатрат Улучшение экологических показателей Использование возобновляемых или полученных в технологических процессах видов топлив 2 поиск новых альтернативных видов топлив

РАЗРАБОТКА НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПЕРЕРАБОТКИ АЛЬТЕРНАТИВНОГО СЫРЬЯ В российских условиях стоимость альтернативных видов сырья в 2 -3 раза ниже чем в Западной Европе и лежит в зоне нижней границы мировых цен по ресурсам природного газа, угля и торфа Россия занимает 1 -е место по древесине – 3 -е место 3

БЛОК - СХЕМА БАЗОВОГО ВАРИАНТА ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ АЛЬТЕРНАТИВНОГО НЕФТИ СЫРЬЯ 1. Получение и хранение сырья 2. Подготовка сырья Рецикл горючих газов и СО 2 3. Конверсия сырья в синтез-газ (СО+n. H 2) Дымовые газы 7. Получение кислорода 6. Энерго- и водообеспечение Товарные электро- и тепловая энергия (пар), горячая и холодная техническая вода Промстоки масштаб использования этой технологии увеличился до 5 млн. т /год ( «Сасол» ЮАР) Товарная газопродукция (O 2, N 2, Ar) 4. Каталитический синтез целевых полупродуктов из синтез-газа 5. Получение товарных продуктов Топливо, не топливная продукция технология получения УВ продукции через синтез-газ известна более 70 лет 4

ПРОИЗВОДСТВО МЕТАНОЛА СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ • сухая перегонка древесины • термическое разложение формиатов • гидрирование метилформиата • окисление метилхлорида • каталитическое неполное окисление метана • каталитическое гидрирование оксида и диоксида углерода Основной способ – синтез из оксида углерода и водорода на цинк-хромовом катализаторе при давлении 250 -350 атм Реализован в промышленном масштабе в: Германии в 1923 г. СССР в 1934 г. (Новомосковский ХК) ведутся поиски других способов синтеза метанола 5

КЛАССИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА МЕТАНОЛА АГРЕГАТ М-400 (400 ТЫС. Т/ГОД) «ХИМТЕХНОЛОГИЯ» ИНХС ИМ. ТОПЧИЕВА Природный Очистка сырья газ Паровой Сырьевой реформинг газ Природный газ Метанол- Ректификация ректификат Продувочный газ • давление полученного пара 4 МПа Метанол- Синтез сырец метанола Паровая система Пар • практически полное использование тепла реакции Пар Конвентированный Утилизация газ тепла Подпиточный газ • минимальная циркуляция Утилизация тепла топливный газ • превращение исходного сырья на уровне 95 -97% Технологический газ • двухступенчатый процесс синтеза метанола Синтез газ Компрессия 6

ПОЛУЧЕНИЕ МЕТАНОЛА ИЗ БИОМАССЫ И С Т О Ч Н И К И Деревянные отходы деревообрабатывающих предприятий опилки, кора Сельскохозяйственные побочные продукты рисовая шелуха, кукурузный силос и др. Городская биомасса ветви деревьев, городские стоки Промотходы деревянные поддоны, списанные железнодорожные спальные вагоны благодаря высокой активности биомассы, возможен некаталитический паровой риформинг 7

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТАНОЛА В КАЧЕСТВЕ ТОПЛИВА ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕТАНОЛА ПО СРАВНЕНИЮ С БЕНЗИНОМ • Теплота сгорания в 2, 2 раза меньше • Более высокая скрытая теплота испарения • Низкая упругость паров и температура кипения • Повышенная гигроскопичность и коррозионная активность к металлам и пластмассам • Пары в 2 раза токсичнее вызывают сильные отравления, слепоту, в некоторых случаях летальный исход • Октановое число - 108 • Более высокие скорости сгорания смесей • Теплота сгорания топливновоздушной смеси выше на 3 -5% необходимо учесть существенные различия физико-химических свойств бензинов и метанола 8

ВЫБРОС СО 2, NOX И SO 2 В АТМОСФЕРУ ВЫХЛОПНЫМИ ГАЗАМИ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТИПАХ ТОПЛИВА (КГ/Т ТОПЛИВА) 9

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТАНОЛА В КАЧЕСТВЕ ТОПЛИВА С П Р А В К А в настоящее время существует, особенно в Японии, интерес к использованию метанола в качестве удобного средства импортирования энергоресурсов и производства электроэнергии 20% ежегодного роста электрических мощностей требует добавочных 3 млн. т/г метанола условие конкурентноспособности стоимость не должна превышать 80 $/т 10

ДИМЕТОКСИ МЕТАН (МЕТИЛАЛЬ) Перспективное топливо, получаемое на базе метанола • Прозрачная бесцветная жидкость • Содержание кислорода до 42% • Высокое цетановое число • При использовании в смеси с дизельным топливом повышает его экологические характеристики • Улучшает смазывающую способность дизельного топлива и полностью смешивается с ним при любых температурах 11

ДИМЕТИЛОВЫЙ ЭФИР – ТОПЛИВО ДЛЯ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА • Не содержит ароматических углеводородов и серы • Характеризуется полнотой сгорания • Высокое цетановое число 55 -60 • Отсутствие сажи и оксидов азота в выхлопных газах • Не требует изменений в конструкции дизельного двигателя (необходима лишь незначительная модернизация системы подачи топлива) • Хороший холодный старт двигателя • Производство ДМЭ более выгодно, чем производство дизтоплива по методу Фишера-Тропша • Пониженная по сравнению с дизтопливом теплотворная способность, что частично искупается большей экономичностью двигателя и отсутствием затрат на очистку выхлопа 12

ВЫБРОСЫ NOX ПРИ РАБОТЕ ПО ВНЕШНЕЙ ХАРАКТЕРИСТИКЕ 13

ВЫБРОСЫ СО ПРИ РАБОТЕ ПО ВНЕШНЕЙ ХАРАКТЕРИСТИКЕ 14

ВЫБРОСЫ СН ПРИ РАБОТЕ ПО ВНЕШНЕЙ ХАРАКТЕРИСТИКЕ 15

ПЕРЕВОД ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НА ДМЭ В КАЧЕСТВЕ МОТОРНОГО ТОПЛИВА в эксплуатации находятся 30 автомобилей Зил-5301 «Бычок» , использующих в качестве топлива ДМЭ • автомобиль-рефрижератор под использование ДМЭ в качестве 10% добавки к моторному топливу и рабочего хладагента для холодильной установки • автомобиль, который может эксплуатироваться отдельно как на дизельном топливе, так и на ДМЭ (пуск автомобиля осуществляется на дизельном топливе с последующим переходом на режим ДМЭ) • автомобиль, эксплуатирующийся только на ДМЭ (возможность использования дизельного топлива исключена полностью) 16

МЕТАНОЛЬНЫЕ ТОПЛИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ОСНОВА РЕШЕНИЯ прямое окислением в метанольной топливной ячейке при использовании полимерной электролитической мембраны для отделения анода от катода ячейка работает при температуре 90 о С с метанолом, содержащим до 5 % воды в качестве топлива и с воздухом в качестве окислителя продуктами реакции являются СО 2 и Н 2 О 17

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА УСТРОЙСТВА ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА разработчики «Daimler» , «Ballard Rower Systems» 18

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДОРОДА В КАЧЕСТВЕ АЛЬТЕРНАТИВНОГО ТОПЛИВА СУЩЕСТВУЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ получение из природных и попутных газов, продуктов газификации топлива и коксового газа в основе производства лежат • каталитические реакции взаимодействия с водяным паром (конверсии) углеводородов и оксида углерода • выделение водорода глубоким охлаждением получение путем электролиза воды • требуются значительные энергозатраты • использование других источников топлива 19

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДОРОДА В КАЧЕСТВЕ АЛЬТЕРНАТИВНОГО ТОПЛИВА «ЭЛЕКТРОВОДОРОДНЫЙ ГЕНЕРАТОР» • механический привод • работает при обычной температуре в режиме теплового насоса необходимое тепло поглощается из окружающей среды через собственный теплообменник • расчетный расход энергии снижается до 14 МДж/куб. м водорода против 50 МДж при электорлизе ФИЗИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА Сепарация отличающихся по массе диссоциированных и гидратированных молекулами воды ионов электролита в искусственном инерционном поле (вращение емкости со скоростью 1500 -25000 об/мин) Этот процесс приводит к возникновению сильного электрического поля и разряду ионов с образованием на катоде свободного водорода, на аноде – кислорода и анодных газов процесс протекает с поглощением через теплообменник теплоты и требует постоянного разбавления раствора водой 20

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДОРОДА В КАЧЕСТВЕ АЛЬТЕРНАТИВНОГО ТОПЛИВА ПРЕПЯТСТВИЕ ПУТИ РЕШЕНИЯ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ использование фрактальных структур использование при гидридов и фуллеренов в качестве конденсированных сред для хранении водорода • баллонов высокого В основе получения фрактальных структур лежат методы нанотехнологии давления Пример: • криогенных баков аэрогели оксидов (Si. O 2, Al 2 O 3, Ti. O 2 и т. д. ), состоящие из связанных между • вероятность собой микрочастиц и образующие жесткий каркас с большим объемом возникновения нештатной ситуации пустого пространства, который может служить для размещения атомов и на борту автомобиля молекул водорода использование углеродных нанотрубок в таких хранилищах можно аккумулировать до 10% массовой доли водорода 21

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДОРОДА В КАЧЕСТВЕ АЛЬТЕРНАТИВНОГО ТОПЛИВА А Л Ь Т Е Р Н А Т И В А НЕПОСРЕДСТВЕННОМУ СЖИГАНИЮ ВОДОРОДА В ДВС Использование водорода в топливных элементах для окисления и выработки электроэнергии РАЗРАБОТЧИКИ НПО «Энергия» создание энергоустановок на основе электрохимических генераторов Курчатовский институт создание топливных элементов с твердополимерными мембранами, которые позволяют работать на водороде и воздухе Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина разработка новых методов получения водорода и создание топливных элементов на их основе Институт проблем химической физики РАН (г. Черноголовка) работы по созданию новых водородаккумулирующих материалов перспектива: разработка устройства, позволяющего получать водород непосредственно на борту автомобиля из углеводородного топлива 22

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДОРОДА В КАЧЕСТВЕ АЛЬТЕРНАТИВНОГО ТОПЛИВА создано автотранспортное средство на базе а/м «Нива» , в котором используется ЭХГ , работающий на водороде и чистом кислороде 23

ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ 24

Современная энергетическая модель основывается на возрастании потребления ископаемых топлив Источник: IEA, WEO, Reference scenario, 2002 and 2007. Mtoe = млн. тонн нефтяного эквивалента 25

ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ • солнечная энергия • энергия ветра • геотермальное тепло • сбросное тепло зданий и сооружений • энергия биомассы • низкопотенциальная тепловая энергия окружающей среды • энергия водных потоков 26

О ситуации в России в области возобновляемой энергетики Электричество Вклад возобновляемых источников в производстве электричества был 0, 5% от общего производства в 2002 г. (4, 2 млрд. к. Вт*ч) Производство тепла: Замена ископаемых топлив - ~ 1% от общего потребления (10 млн. т. у. т. ), но 5 млн. семей используют более 50 млн. м 3 дров Торф используется в ТЭЦ в удаленных регионах (в 2000 г. 1, 7 млн. т. у. т. ) Производство моторных топлив: отсутствует Вывод: возобновляемые ресурсы используются в России недостаточно Причины: - присутствие огромных запасов ископаемых топлив - внутренние низкие цены на энергоносители (электричество, газ) 27

О ситуации в России в области возобновляемой энергетики Тенденции: организация производства биотоплив – пеллет, торфяных брикетов, биоэтанола, биобутанола, биодизеля Мотивация для России: - энергообеспечение труднодоступных регионов - увеличение квоты потребления возобновляемых топлив - увеличение экспорта нефти и газа за счет замены на ВИЭ на внутреннем рынке 9 28

ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ НЕДОСТАТКИ • невысокая плотность энергетических потоков • непостоянство во времени • необходимость значительных затрат на оборудование, обеспечивающее сбор, аккумулирование и преобразование энергии 29

ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ • плотность потока солнечного излучения на поверхности земли в полдень ясного дня около 1 Квт/м 2 среднегодовое значение этой величины не превышает 250 Вт/м 2 для средней полосы России – 120 Вт/м 2 • средняя удельная плотность энергии ветровых потоков не превышает нескольких сотен Вт/м 2 при скорости ветра 10 м/сек удельная плотность потока энергии приблизительно равна 500 Вт/м 2 30

ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ По данным Европейской комиссии 1997 г. суммарный вклад возобновляемых источников энергии в общем энергопотреблении стран Евросоюза составил 5, 8% или 82, 13 млн. тонн нефтяного эквивалента (приблизительно соответствует объему нынешнего Российского экспорта нефти) 2010 г. прогнозируется увеличение удельного вклада ВИЭ в суммарное энергопотребление до 11, 5% (182 млн. тонн нефтяного эквивалента) энергетический потенциал большинства ВИЭ во много раз превышает современный уровень энергопотребления 31

ФАКТИЧЕСКИЕ И ПРОГНОЗИРУЕМЫЕ ДОЛИ ОБЪЁМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВИЭ В СТРАНАХ ЕВРОПЕЙСКОГО СОЮЗА лидирующее положение в Европе занимает биомасса, доля которой в производстве энергии будет возрастать и в будущем высокие темпы развития ожидаются для использования энергии ветра и солнечной энергии 32

ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СТРАНАХ ЕС ЗА СЧЁТ РАЗЛИЧНЫХ ВИЭ, ТВТ-Ч. к 2010 г. намечено увеличение доли для электростанций, работающих на биомассе объемы выработки электроэнергии почти достигнут крупных ГЭС мощность ветроустановок возрастет в 20 раз, солнечных электростанций – в 100 раз 33

АНАЛИЗ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ В МОСКОВСКОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО ТЕХНОЛОГИЙ И ОБОРУДОВАНИЯ, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ ВИЭ на 1$ экономического эффекта, получаемого потребителем за счет экономии энергии, городское хозяйство получает экономический эффект до 3$ только за счет снижения уровня загрязнения атмосферы и экономии капиталовложений на реконструкцию и усиление подводящих электрических и тепловых сетей 34

ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ «ЭКОПАРК-ФИЛИ» здания, оборудованные теплонасосными системами теплоснабжения, использующими тепло грунта, фотоэлектрическими преобразователями солнечной энергии, ветроустановками разработчик ОАО «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ» в сотрудничестве с ПАРКОМ «ФИЛИ» ОРГАНИЗАЦИИ, РАБОТАЮЩИЕ В ОБЛАСТИ ВНЕДРЕНИЯ ВИЭ • Тушинский машиностроительный завод • Ковровский механический завод • Калужский турбинный завод • Рыбинский завод приборостроения • АОЗТ «Экомаш» (г. Саратов) • МНТО «ИНСЭТ» (г. С. -Петербург) • АО «Элма» • «ВИЭМ» (г. Москва) • НПП «Конкурент» (г. Жуковский) 35

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ БИОМАССЫ ИСТОЧНИКИ Природные источники • древесные отходы лесного хозяйства и деревообрабатывающей промышленности • растительные отходы с/х производства Промышленные и сельскохозяйственные источники • жидкие отходы некоторых промышленный производств (пищевая промышленность, бумажное и другие производства) • влажные отходы животноводческих ферм и птицефабрик Муниципальные источники • городские очистные сооружения • городские свалки ТБО (биогаз) КПД фотосинтеза < 0, 5% на территории России продуцируется ежегодно до 15 млрд. тонн биомассы (8 млрд. тонн условного топлива) 36

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ БИОМАССЫ ОЦЕНКИ ЭКСПЕРТОВ в энергетических целях в России технически возможно ежегодно использовать до: 800 млн. тонн древесной биомассы 400 млн. тонн (по сухому веществу) органических отходов от с/х производства – 250 млн. тонн от лесной и деревообрабатывающей промышленности – 70 млн. тонн 60 млн. тонн ТБО городов 10 млн. тонн осадков от коммунальных стоков для использования сухой биомасса наиболее эффективны термохимические технологии для влажной биомассы – биохимические технологии переработки с получением биогаза или жидких биотоплив 37

Биодизель – альтернативное дизельное топливо • Дизельное топливо – жидкое нефтяное топливо, применяемое в дизелях и получаемое из керосиновогазойлевых фракций прямой перегонки нефти и частично (до 20%) газойли каталитического крекинга. • Биотоплива – топлива, получаемые из растительного (возобновляемого) сырья. • Биодизельное топливо – топливо на основе растительных или животных жиров (масел), а также продуктов их этерификации. • Смесевое биодизельное топливо – смесь дизельного топлива и метиловых эфиров жирных кислот. • «Green» дизель – смесь насыщенных нормальных алканов, получаемая из растительного сырья и применяемая в качестве добавок в дизельному топливу 9 38

Преимущества биодизеля: • воспроизводимое сырье • отсутствие зависимости от нефти и газа • позволяет достигнуть требований стандарта EURO IV (уменьшение выбросов СО 2, отсутствие серы и ароматики) • нетоксичность, способность к биодеградации • высокая смазывающая способность 9 39

Типы биотоплив Первое поколение (1 -G) Второе поколение (2 -G) Ø Этанол из сахаров (кукуруза, пшеница, сахарная свекла) Ø Биодизель из масел (подсолнечник, соя, рапс, пальмовое масла) Ø Этанол из целлюлозы (древесина, травы) Ø Биодизель из микроводорослей Ø Бионефть из древесины Конкуренция с пищевым сектором экономики Да НЕТ 9 40

Прогноз производства биотоплив % мирового потребления биотоплив в общем балансе транспортных топлив Источник: Central Analyst Review Group 9 41

Традиционная технология получения биодизельного топлива с применением гомогенного катализатора Производство: более 4 млн. т/год в ЕС Гомогенный способ получения биодизеля Технологическая установка получения биодизеля: Технические характеристики: Производительность, м 3/ч - 4. 0 -12. 5 Режим работы – непрерывный Размер установки, м - 6*6*8 Исходное сырье - масло растительное, метанол, КОН Температура, 0 С - 60 9 42

Технология получения биодизеля и «Green» дизеля Me. OH 50% Биодизель 2000 С 2, 0 МПа (потребитель) R 1 20% РМ 30% БД 20% РМ 80% БД Метанол Сжигание, Q Ректиф. колонна Рапсовое масло Водород CH 4 «Green» Дизель R 2 Глицерин 3400 С 4, 0 МПа H 2 O Особенности процесса: - Использование гетерогенного катализатора переэтерификации - Процесс переэтерификации в одну стадию - Дополнительная стадия гидродеоксигенации биодизеля и остатков рапсового масла - Получение двух товарных продуктов: Биодизель и « Green» дизель - Параметры процесса для переэтерификации: 200 0 С, 2, 0 МПа для гидродеоксигенации биодизеля: 340 0 С, 4, 0 МПа - Возможность рекуперации тепла 9 43

Перспективное сырье для получения биотоплива первого и второго поколения + H 2 Green дизель + CH 3 OH Растительное масло + H 2 Биодизель Микроводоросли + CH 3 OH Переэтерификация Мягкий гидрокрекинг 9 44

Производство биодизельного топлива из микроводорослей -Испания компания «Bio Fuel Systems» - Канада компания «Global Green Solutions» по технологии компании «Valcent Products» - мощность производства 4 млн. баррелей бионефти в год - ЮАР компания «De Beers Fuel Limited» по технологии Greenfuel Technologies Corporation (США) - мощность производства 900 млн. галлонов биодизеля в год (водоросли + подсолнечное масло) - Новая Зеландия компания «Aquaflow Bionomic Corporation» - мощность производства 1 млн. литров биодизеля в год 45

Масло из микроводорослей Выход с единицы площади масла из микроводорослей больше от 15 до 200 раз, чем у лучшей с/х масленичной культуры Положительное уменьшение эмиссии CO 2 и NOx если при выращивании водорослей использовать выбросы тепловых станций Микроводоросли могут расти практически в любом месте, где достаточно солнечного света From: Worldwatch Institute, 2003 46

Ботриококкус броунии - биологическая нефть • в процессе роста накапливают в себе нефтеподобные соединения — длинноцепочечные углеводороды (до 70%). одноклеточные водоросли размер - 5 мкм Вес - 1 мг • не нуждается в дальнейшей обработке для получения из нее топлива. • При крекинге (переработке на НПЗ) получается бензин и дизтопливо. Недостатки: • плохое развитие клеток внутри конгломератов водоросли из-за недостатка света; • дороговизна 47

Выращивание водорослей в биореакторах вблизи электростанций Требования к производству микроводорослей: • высокая температура; • температурная регуляция при ночных перепадах температур Выращивание водорослей в лабораторных условиях Сбросное тепло ТЭЦ покрывает до 77 % потребностей в тепле, необходимом для выращивания водорослей 48

Экспериментальная установка по производству из водорослей растительного масла Конструкция биореактора ( «Verti. Gro» , штат Техас) позволяет осветить максимальный объем водорослей Ферма на основе биореакторов Verti. Gro производит липидное сырье для изготовления до 20 тыс. галлонов топлива в год. Свойства жиров можно варьировать изменением состава культуральной среды в зависимости от того, какой вид горючего планируется производить Проблемы: - испарение воды - появление водорослей-сорняков 49

Биогаз - возобновляемый источник энергии после очистки из него можно получить электро- или тепловую энергию Выделяется в течение 10 -15 лет после закрытия полигона на Мытищинском полигоне установлены два импортных блока для очистки газа и получения электроэнергии Отечественные блоки пока не производятся велика стоимость оборудования 50

ДРУГИЕ ИСТОЧНИКИ ОБРАЗОВАНИЯ БИОГАЗА Метантенки станций очистки сточных вод Эффективное использование биогаза может быть достигнуто при установке на станциях аэрации газотурбинных компрессорных тепловых установок, например ГКТУ-2, 5 производства «Рыбинские моторы» При этом выработка сжатого газа будет осуществляться без потребления сторонней электроэнергии окупаемость проекта около 4 -х лет 51

ПУТИ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ТОПЛИВ Ресурсы Первичная обработка Биомасса Возобновляемое электричество Процессы экстракции СО 2 от различных источников Термо-химические процессы Ферментативные процессы Сепарация СО 2 электролиз Н 2 О метано л Вторичная (нисходящая) обработка Горючие Растительтоплива ное масло Образование эфиров биогаз биомасло Преобразование /газификация СН 4 Пентилметиловый эфир СН 3 СН 2 ОН этиловый спирт смешение метанизация смешение Биодизель этилтетрабутил О 2 Синтезгаз Н 2/СО/СО 2 Высшие спирты смешение Н 2 СО 2 Перераспределение СО, газоконденсат Синтез синтез газа Синтез спиртов Масло-сырец Кондиционирование газа Промежуточная продукция Синтер Фишера-Тропша воск метанол газойль Пентилметиноловый эфир Метилтетрабути л эфир Диметил эфир Гидрочистка/ гидрокрекинг Процесс Фишера. Тропша с получением углеводородов смешение Н 2 Гидро- 52 очистка

ТВЕРДЫЕ БЫТОВЫЕ ОТХОДЫ – ВОЗОБНОВЛЯЕМОЕ АЛЬТЕРНАТИВНОЕ ТОПЛИВО МСЗ № 2 ВЫРАБАТЫВАЕТ 30 Гкал/час тепла передаваемых в систему отопления города 4, 5 МВт электроэнергии из которых большая часть отправляется внешним потребителям МСЗ № 4 в промзоне «РУДНЕВО» ВЫРАБАТЫВАЕТ ДО 60 Гкал/час тепла и 9 МВт электроэнергии МСЗ № 3 ПОСЛЕ РЕКОНСТРУКЦИИ , СООТВЕТСТВЕННО 35 Гкал/час и 5 МВт создается единая система независимых региональных энергопредприятий города 53

ТВЕРДЫЕ БЫТОВЫЕ ОТХОДЫ – ВОЗОБНОВЛЯЕМОЕ АЛЬТЕРНАТИВНОЕ ТОПЛИВО себестоимость выработки электроэнергии на заводах по термической переработке ТБО составляет 21 -23 копейки, т. е. почти в три раза дешевле, чем у Мосэнерго для обеспечения конкурентоспособности коммунальной энергетики на рынке электроэнергии актуальной является задача создания высоко эффективных способов получения электроэнергии 54

СХЕМЫ МУСОРОСЖИГАТЕЛЬНЫХ ЗАВОДОВ Как правило, МСЗ – это либо отопительные утилизационные котельные, либо утилизационные ТЭЦ, либо электростанции Общий тепловой КПД таких предприятий не превосходит 23 -25 % т. е. они соответствуют ТЭЦ на природном ископаемом топливе работающим по тем же схемам около 30 лет в мире строятся предприятия использующие комбинированные парогазовые циклы, где основной энергоноситель - продукты сгорания, а вода или пар используются для утилизации низкоэнтальпийной части энергии газового потока суммарный энергетический КПД достигает 57 -63% 55

СХЕМА МУСОРОСЖИГАТЕЛЬНОГО ЗАВОДА, ПОВЫШАЮЩАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КПД (НАЧАЛО) 1. Процесс сжигания отходов ведут в режиме пиролиза ( =0, 5 -0, 7), для создания в потоке отходящих газов максимально достижимых концентраций экзотермически реагирующих с кислородом воздуха компонентов; 2. Поток отходящих газов имеющих низкое давление направляют в камеры смешения эжекторного типа; 3. В эти же камеры подается воздух высокого давления, при этом за счет экзотермических реакций окисления отходящих газов воздухом образуется поток с параметрами по давлению и по температуре достаточными для работы газовой турбины Вал газовой турбины соединен с валом электрогенератора и далее с нагрузкой; При таком способе самая высокоэнтальпийная часть энергии отходящих газов превращается в электроэнергию с минимальными потерями и без промежуточного теплоносителя 56

СХЕМА МУСОРОСЖИГАТЕЛЬНОГО ЗАВОДА, ПОВЫШАЮЩАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КПД (ОКОНЧАНИЕ) 4. Отходящие газы за ГТУ охлаждаются до температуры работы существующих на МСЗ паротурбинных установок, т. е. до 600 -550 С Современные ГТУ обеспечивают расход газовоздушной смеси от 100000 до 1000000 м 3/час, что соответствует газовым выбросам МСЗ целесообразна разработка мусоросжигательных энергоагрегатов работающих по паро-газовому циклу • Низкоэнтальпийное тепло газового потока за турбиной может быть отработано как в паровых турбо-агрегатах, так и в теплофикационных водогрейных котлах • Поток газов за паровой турбиной направляется на газоочистные сооружения • Газоочистное оборудование не меняется • Экологическая безопасность МСЗ остается на прежнем уровне 57

СПРАВКА ПО ВИДАМ АЛТЕРНАТИВНЫХ ТОПЛИВ ЕЖЕГОДНО ОБРАЗУЕТСЯ до 6, 5 млн. т промышленных отходов из которых около 1, 3 млн. т горючих с теплотворной способностью до 15 КДж/кг до 4, 5 млн. т осадков сточных вод с теплотворной способностью до 8, 4 КДж/кг при 60%-м энергетическом использовании этих отходов может быть получено до 1340 МВт электроэнергии это составляет около 40% от электроэнергии потребляемой населением данные по Москве 58

СПРАВКА ПО ВИДАМ АЛТЕРНАТИВНЫХ ТОПЛИВ инвестиционный доход при энергетическом использовании отходов для нужд УЖКХи. Б составит около 130 млн. долларов в год затраты на сооружение энергопредприятий на весь объем отходов города составляют примерно 4, 0 млрд. долларов ориентировочный срок окупаемости – 11 -13 лет ресурс энергопредприятий – около 30 лет 59