Как работает электростанция на биомассе (пошаговое руководство от обращения с топливом к сетевому электричеству)

Как работает электростанция на биомассе (пошаговое руководство от обращения с топливом к сетевому электричеству)

Электростанция, работающая на биомассе, использует древесную щепу, сельскохозяйственные отходы и другие органические материалы для выработки электроэнергии для сети путем сжигания материала для создания пара высокого давления с последующим расширением через турбину, приводящую в действие генератор.Это руководство охватывает весь процесс (от топливного двора до котла и паровой турбины до конденсатора и контроля загрязнения (конденсатор) и предоставляет информацию, необходимую покупателям, операторам и любопытным читателям для принятия решения о указании, финансировании или подключении к станции.

Краткий обзор: Краткий обзор электростанции, работающей на биомассе

Что такое биомассовая электростанция? Компоненты внутри забора

Биомасса, как определено Управлением энергетической информации США, представляет собой “возобновляемый органический материал, который поступает от растений и животных.” Электростанция на биомассе - это объект, который преобразует это органическое сырье в электроэнергию, обычно посредством прямого сгорания, приводящего в движение паровой цикл Ренкина. Шесть подсистем составляют почти каждую современную установку:

1. Топливный склад и погрузочно-разгрузочные работы — уличные складские сваи, силосы, конвейеры, молотковые мельницы и дозирующие шнеки, которые кондиционируют древесную щепу, гранулы или сельскохозяйственные остатки перед сжиганием.
2. Промышленный котел на биомассе (англ.industrial bamass combual) (англ.) (англ.) (англ.)русск, обычно цепная решетка - псевдоожиженный слой или конструкция водотрубной системы, где при сжигании биомассы выделяется тепло, которое превращает питательную воду в перегретый пар.ан промышленный котел на биомассе размер 6 (25 т/ч) является обычным явлением для ТЭЦ среднего масштаба, в то время как коммунальные предприятия используют ряды более крупных водотрубных установок, таких как Водотрубный котел на биомассе SZL серия.
3. Паровая турбина и генератор (многоступенчатая конденсационная или противодавленная турбина, вращающая синхронный генератор переменного тока при 3000 об/мин (сетки 50 Гц) или 3600 об/мин (сетки 60 Гц) для выработки электроэнергии.
4. Конденсатор и градирня い конденсации отработанного пара обратно для подачи воды, отбраковывая отработанное тепло через мокрое или сухое охлаждение.
5. Контроль выбросов traincyclones, рукавные фильтры, электростатические осадители и системы SCR/SNCR для твердых частиц, NOx и других регулируемых загрязняющих веществ США EPA Котло MACT или эквивалентные правила.
6. Перегрузка золы и взаимосвязь сетей (донные конвейеры с золой и летучей золой), а также повышающий трансформатор и защитные реле, связывающие генератор с сетью передачи.

Два уточнения, которые стоит закрепить Во-первых, ‘завод по производству биомассы’ может относиться только к острову котла или ко всему объекту. Как биомасса используется на заводе (только тепло, только электроэнергия или комбинированное производство тепла и электроэнергии), определяет, где вам следует провести границу при чтении брошюр продавца.

Во-вторых, электростанции, работающие на биомассе, структурно отличаются от заводов по переработке биотоплива (которые производят этанол или биодизель) и от анаэробных варочных котлов, производящих биогаз; все три преобразуют биомассу в энергию, но только первый подает пар непосредственно в турбину.

5-этапный процесс: от топливной станции до паровой турбины

Современное производство электроэнергии из биомассы следует пятиступенчатой термодинамической цепочке. Каждый этап имеет измеримые параметры, которые стоит знать, прежде чем ходить по станции или подписывать контракт на услуги по производству электроэнергии из биомассы.

Этап 1 — склад топлива и подготовка

Сырое сырье биомассы будет доставляться на открытый двор грузовиками, железнодорожными вагонами или баржами. материал имеет размер примерно 25-50 мм чипсов, просеивается на негабариты и бродячий металл, и транспортируется конвейерами в крытые силосы. большая часть древесной щепы, поступающей на завод, представляет собой зеленый пиломатериал и поступает с содержанием влаги 40-55% (влажная основа) согласно Руководству по проектированию всего здания (WBDG); поскольку вода должна быть выкипячена до того, как тепло, которое она содержит, может быть использовано продуктивно, растения обычно предварительно сушат свое сырье до влажности ≤20%, используя тепло, переносимое дымовым газом. Недооценка потребностей в хранении и сушке является наиболее распространенной ошибкой проекта ≤20% влажность процесс установки котла биомассы при этом игнорируется логистика заправочных станций, которая, как правило, отстает с первой недели.

Этап 2 い Горючее в котле

Внутри печи биомасса встречается с первичным и вторичным воздухом на движущейся решетке или в псевдоожиженном слое инертных частиц, таких как песок. Температура повышается примерно до 850 1,200°C. воздушная ступенчатость поддерживает низкий уровень NOx; впрыск извести в конструкции с псевдоожиженным слоем улавливает серу. Согласно Руководство по проектированию всего здания при поддержке Министерства энергетики, системы с псевдоожиженным слоем обычно обеспечивают более полную конверсию углерода и принимают более широкий спектр сырья, чем камеры сгорания с решеткой, за счет более высокой мощности вентилятора.

Этап 3 — поколение Steam

Горящий газ передает свое тепло через водостенные трубки, экономайзеры и пароперегреватели.Установки коммунального масштаба обычно работают на прямом паре при 480 — 540 °C и 60 180 бар; меньшие промышленные CHP-блоки работают ниже (250 425 °C, 30 60 бар). Более высокие условия пара повышают эффективность, но требуют модернизации сплавов и более жесткой химии питательной воды.

Этап 4 — Steam Turbine и генератор

Перегретый пар расширяется через многоступенчатую паровую турбину, падая давление и температуру, одновременно преобразуя тепловую энергию в работу вращающегося вала. Синхронный генератор с прямым соединением превращает работу вала в электроэнергию переменного тока. Коммунальные установки обычно работают со скоростью 3000 или 3600 об/мин, чтобы соответствовать частоте сети; меньшие зубчатые агрегаты могут вращаться быстрее.

Стадия 5 — конденсация и отбраковка тепла

Отработанный пар низкого давления поступает в вакуумный конденсатор, отдает свое скрытое тепло циркулирующей охлаждающей воде и возвращается в жидкую форму обратно в котел — для перекачки замкнутого контура Ренкина. мокрая градирня или конденсатор с воздушным охлаждением выделяет отработанное тепло. На ТЭЦ большая часть этого низкосортного тепла собирается для централизованного теплоснабжения, сушки в печи или технологического пара вместо того, чтобы выбрасываться.

Биомассовое сырье совсем не однородно Экономика завода, профиль выбросов, и химия золы - все это зависит от того, на каком топливе оно действительно горит Доминируют пять семейств, каждое из которых имеет измеримую теплотворную способность и эксплуатационные особенности Более глубокую разбивку сырья см руководство по типам топлива из биомассы.

Одна закономерность повторяется в каждом аудите NREL Lessons-Learned: качество топлива из биомассы варьируется гораздо больше, чем качество угля, поэтому на станциях, которые преуспевают в долгосрочной перспективе, инвестируют в отбор проб топлива, тестирование и диверсификацию поставок перед вводом в эксплуатацию. Контракты на закупку на основе плотности (по цене за ГДж, а не за тонну) помогают согласовать стимулы для поставщиков с потребностями завода.

Пути преобразования: за пределами прямого сгорания

Прямое сжигание плюс паровый цикл Ренкина составляют, безусловно, большую часть установленной мощности по производству биомассы во всем мире, но это не единственный способ. Три альтернативы имеют значение, когда сырье, масштаб или местная экономика ведут проект по умолчанию по другому пути.

Прямое горение (по умолчанию)

Твердая биомасса горит на решетке или в псевдоожиженном слое; продукты сгорания нагревают воду до пара; пар приводит в движение турбину. около 70%+ электростанций, работающих на биомассе, во всем мире используют этот подход, включая большинство цепных агрегатов в Цепно-решетный котел ДЗЛ серия для промышленных ТЭЦ. Это путь с наименьшими затратами, когда имеется постоянный запас однородного топлива.

Совместное сжигание угля

Существующие котлы с пылеугольным покрытием могут сжигать биомассу 5 (15%), смешанную с угольным сырьем, со скромным измельчением и модификациями горелок. Совместное сжигание биомассы было популярно в ЕС в 2010-е годы как дешевый клин декарбонизации, но политика ЕС постепенно отменяет его после 2030 года в пользу специального котлы биомассы или модернизации BECCS.

Газификация

Согласно ОВОС, газификация нагревает биомассу до 800 い00°С с ограниченным кислородом для получения синтез-газа (в основном CO + H2) с содержанием полезной энергии около 10 15 МДж/Нм³. Syngas может использовать двигатели внутреннего сгорания, газовые турбины или 1 после кондиционирования топливных элементов. Растения обычно меньше (110 МВт) и более капиталоемки на кВт, чем прямое сжигание.

Анаэробное переваривание

Влажная биомасса (навоз, пищевые отходы, осадки сточных вод) разлагается внутри бескислородных варочных котлов при 35 — 55 °C, образуя биогаз, который составляет примерно 5565% метан. Биогаз приводит в действие поршневой генератор двигателя, который приводит в действие генератор переменного тока. Анаэробное сбраживание является доминирующим путем для улавливания свалочного газа, молочных ТЭЦ и очистных сооружений. Согласно EIA, биогаз после модернизации также называют биометаном или возобновляемым природным газом.

Комбинированное производство тепла и электроэнергии: почему когенерация удваивает производительность

Системы биомассы, работающие только на электроэнергии, тратят большую часть своего производства энергии в виде низкопотенциального тепла, которое комбинированные системы тепла и электроэнергии преобразуют в полезную тепловую мощность для промышленного хозяина. Согласно WBDG, “Эти комбинированные системы тепла и электроэнергии (ТЭЦ) значительно повышают общую энергоэффективность примерно до 80%, от стандартных систем, работающих только на электроэнергии из биомассы, с эффективностью примерно 20%.” Этот четырехкратный скачок в использовании топлива является единственным наиболее важным проектным решением в производстве электроэнергии из биомассы.

Насколько эффективны электростанции, работающие на биомассе?

Автономная установка биомассы в электричество обычно преобразует 20one 25% топливной энергии в электрическую; остальное покидает штабель или градирню Паровая турбина противодавления или экстракционной ступени в паре с тепловой нагрузкой хозяина (сушка в печи, централизованное отопление, обработка продуктов питания (переделывает еще 5060% топливной энергии в качестве полезного теплового выхода. В совокупности установка использует 7085% топлива.

Улов: это высокое комбинированное число сохраняется только тогда, когда тепловая сторона имеет круглогодичного потребителя, соответствующего выходной мощности пара. Отношения мощности к теплу для паротурбинной ТЭЦ обычно находятся между 1:3 и 1:5, поэтому установка по производству биомассы мощностью 5 МВт генерирует 1525 МВт восстанавливаемого тепла (полезно на лесопилке или бумажной фабрике, но застряла в удаленном месте без нагрузки на хозяина. котлы биомассы построенные для промышленных ТЭЦ, как правило, имеют размер, соответствующий тепловой нагрузке в первую очередь, с электричеством в качестве бонусного побочного продукта, а не основного продукта Операторы, преследующие максимальный доход, также должны изучить коэффициенты эффективности котла биомассы это определяет, приведут ли конструктивные характеристики к реальной экономии топлива.

Углеродный вопрос: действительно ли биомасса возобновляема?

Биомасса получает свою классификацию возобновляемой энергии, потому что углерод, высвободившийся во время сгорания, недавно был поглощен из атмосферы в результате фотосинтеза. Этот аргумент биогенного углерода разрушается на практике, когда периоды окупаемости лесов растягиваются на десятилетия.

Если дерево отрастает 60 лет, но горит один час, назвать биомассу ‘мгновенно возобновляемой’ - это ошибка категории. 6:1 истина окупаемости углерода: лесная биомасса обычно достигает атмосферного углеродного паритета в течение 6100 лет, в зависимости от видов и лесоводства. Только короткоротационные поросли и сельскохозяйственные остатки достигают паритета в течение 13 лет.

Современные установки биомассы могут приводить к снижению выбросов парниковых газов в течение жизненного цикла примерно до 230 г CO2e/кВтч на IRENA, что значительно ниже контрольных показателей ископаемого топлива, таких как уголь (≈820 г) и природный газ (≈490 г), но значительно выше ветра или солнечной энергии (1050 г CO2e/кВтч). Стековые выбросы твердых частиц, NOx, CO и SO2 управляются с помощью циклонов, рукавных банок, электрофильтров и SCR/SNCR (все это требуется) США EPA Котло MACT правила или эквивалентные правила Между тем, Массачусетс исключил электричество, работающее на биомассе, из своего Стандарта портфеля возобновляемых источников энергии в 2012 году, потому что государственные чиновники пришли к выводу, что выгода от выбросов парниковых газов не была ясной (напоминание о том, что ‘возобновляемые источники энергии’ - это классификация политики, а не термодинамическая гарантия. Покупатели, сравнивающие варианты использования ископаемых и возобновляемых источников энергии, часто находят в этом полезную основу сравнение биомассы и природного газа.

Перспективы отрасли: куда дальше пойдет энергия биомассы (2026 — 2030)

По данным Статистика возобновляемых мощностей IRENA за 2024 год, глобальная биоэнергетическая мощность достигла примерно 148 ГВт в конце 2023 года, по сравнению с примерно 115 ГВт в 2015 году — устойчивая, но незрелищная траектория по сравнению с ветром или солнечной энергией Три региональные картины имеют значение для остальной части десятилетия.

Европа. Совместные сжигания с углем сворачиваются по мере вывода угольных электростанций из эксплуатации после 2030 г. Дракс в Великобритании — крупнейший в мире специализированный объект по производству биомассы примерно на 2580 млн тонн Вт по четырем переоборудованным единицам (нацелен на BECCS (биоэнергетика с улавливанием и хранением углерода), способный улавливать около 8 млн тонн CO2 в год, что сделало бы его крупнейшим инженерным проектом по удалению углерода на планете в случае его доставки.

Азиатско-Тихоокеанский регион. Крупнейшая зона роста (14-я пятилетка Китая) добавила цели по расширению мощности на биомассе, японская программа FIT продолжает гарантировать импорт древесных гранул, а индийская программа New & Renewable Energy субсидирует заводы по переработке сельскохозяйственных отходов. Цепочки поставок гранул, проходящие между побережьем Мексиканского залива США и Восточной Азией, теперь являются основным потоком энерготорговли, при этом такие поставки, как груз Дракса весом 63 907 тонн из Батон-Руж, подчеркивают масштабы логистики.

Северной Америке. Мощность американского флота в основном находится в стагнации; биомасса составила около 7% возобновляемой энергии электроэнергетического сектора США в 2023 году по данным EIA. Парк биомассы Калифорнии в общей сложности 800 МВт на 66 объектах — полезный ориентир для регионального планирования. три энергетические технологии, за которыми стоит следить до 2030 года: модернизация BECCS на углепереработанных установках, прозрачность поставок пеллет по сертификации SBP и FSC и распределение ТЭЦ за счетчиком для промышленной декарбонизации. Для групп закупок, проверяющих поставщиков, - наши ведущие производители котлов на биомассе обзор охватывает активных поставщиков в этой сфере.

Часто задаваемые вопросы