زیست توده مواد آلی است که از گیاهان و جانوران اخیراً مرده به دست می آید. زیست توده حاوی انرژی است که زمانی از خورشید آمده است. گیاهان انرژی خورشید را به انرژی شیمیایی تبدیل می کنند. این فرایند را فتوسنتز می نامند. حیواناتی که گیاهان را می خورند از این انرژی در بدن خود استفاده می کنند و ذخیره می کنند. سوخت های فسیلی به عنوان زیست توده در نظر گرفته نمی شوند.
زیست توده سوختی است که از مواد آلی، یک منبع تجدیدپذیر و پایدار انرژی برای ایجاد برق یا سایر اشکال انرژی استفاده می شود. زیست توده برای گرمایش تاسیسات، تولید برق، و ترکیب گرما و توان استفاده می شود. اصطلاح زیست توده شامل انواع زیادی از مواد، از جمله چوب از منابع مختلف، بقایای کشاورزی و زباله های حیوانی و انسانی است. چوب، ضایعات حاصل از محصولات زراعی، گاز محل دفن زباله و زباله های جامد شهری برخی از انواع متداول زیست توده هستند.
چگونه از زیست توده برای تولید برق استفاده می کنیم؟
زیست توده را می توان با روش های مختلف به نیروی الکتریکی تبدیل کرد. سه روش برای استفاده از زیست توده برای تولید برق وجود دارد. زیست توده یا:
- سوخته ؛
- تجزیه شده توسط باکتری ها ؛
- یا به سوخت گاز یا مایع تبدیل می شود.
سوزاندن زیست توده پرکاربردترین روش است که به آن احتراق نیز می گویند. مانند سوزاندن سوخت های فسیلی است. اصطلاح سوزاندن مواد برای تولید برق، تولید حرارتی است.
برق مستقیماً از این احتراق تولید نمی شود. سوزاندن مواد زیست توده جامد، دیگ های بخار پر از آب را گرم می کند. این باعث می شود آب مایع به بخار تبدیل شود. بخار باعث ایجاد فشار در دیگ می شود. نیروی بخار یک توربین را می چرخاند. سپس توربین سیم پیچ را در ژنراتور حرکت می دهد.
برخی از کارخانه های زیست توده با سوزاندن متان برق تولید می کنند. متان گازی است که می توان از محل دفن زباله جمع آوری کرد. این کارخانه ها از فرآیند کمی متفاوت با گیاهانی که زیست توده جامد را می سوزانند استفاده می کنند. محصولات سوختن متان به جای بخار باعث چرخش توربین می شود. همانند زیست توده جامد، چرخش توربین یک ژنراتور را به حرکت در می آورد.
در مقایسه با بسیاری از گزینه های دیگر انرژی های تجدیدپذیر، زیست توده مزیت قابلیت ارسال را دارد، به این معنی که قابل کنترل و در صورت نیاز در دسترس است، شبیه به سیستم های تولید برق با سوخت فسیلی. معایب زیست توده برای تولید برق این است که سوخت باید تهیه، تحویل، ذخیره و پرداخت شود. هم چنین، احتراق زیست توده باعث تولید گازهای گلخانه ای می شود، که برای رعایت مقررات باید به دقت بررسی و کنترل شوند.
این مرور اجمالی جزئیات خاصی را برای کسانی که سیستم های تولید الکتریکی زیست توده را به عنوان بخشی از یک پروژه بزرگ ساختمانی در نظر می گیرند، ارائه می دهد. اطلاعات کلی بیش تر از مبانی فناوری زیست توده زیست توده وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) در دسترس است. جزئیات مربوط به استفاده از زیست توده برای گرما و توان ترکیبی از مشارکت حرارتی و برق ترکیبی آژانس حفاظت محیط زیست ایالات متحده (EPA) در دسترس است.
اکثر نیروگاه های زیستی از سیستم های احتراق مستقیم استفاده می کنند. آن ها مستقیماً زیست توده را می سوزانند تا فشار بخار قوی تولید کنند که یک ژنراتور توربین را به سمت تولید برق سوق می دهد. در برخی از صنایع زیست توده، بخار استخراج شده یا مصرف شده از نیروگاه نیز برای فرآیندهای تولید یا گرمایش ساختمان ها استفاده می شود. این سیستم های حرارتی و برق (CHP) به طور کلی بهره وری کلی انرژی را تقریباً به 80 افزایش می دهد، از سیستم های استاندارد تنها برای برق زیست توده با راندمان تقریبی 20. الزامات گرمایش فصلی بر کارایی سیستم CHP تأثیر می گذارد.
یک سیستم تولید الکتریکی زیست توده ساده از چندین جزء کلیدی تشکیل شده است. برای چرخه بخار، این شامل ترکیبی از موارد زیر است:
- تجهیزات ذخیره و جابجایی سوخت
- احتراق / کوره
- دیگ بخار
- پمپ ها
- فن ها
- توربین بخار
- ژنراتور
- کندانسور
- برج خنک کننده
- کنترل اگزوز / انتشار گازها
- کنترل سیستم (خودکار)
سیستم های احتراق مستقیم، مواد اولیه زیست توده را وارد یک احتراق یا کوره می کنند، جایی که زیست توده با هوای اضافی سوزانده می شود تا آب را در دیگ بخار گرم کرده و بخار ایجاد کند. به جای احتراق مستقیم، برخی از فن آوری های در حال توسعه، زیست توده را برای تولید گاز قابل احتراق گازدهی می کنند و برخی دیگر روغن های پیرولیز تولید می کنند که می تواند جایگزین سوخت های مایع شود. سوخت دیگ بخار می تواند شامل تراشه های چوب، گلوله، خاک اره یا روغن زیستی باشد. سپس بخار دیگ بخار از طریق توربین بخار منبسط می شود، که برای چرخاندن ژنراتور و تولید برق می چرخد.
به طور کلی، تمام سیستم های زیست توده به فضای ذخیره سوخت و برخی از تجهیزات و کنترل های جا به جایی سوخت نیاز دارند. در سیستمی که از تراشه های چوب، خاک اره یا گلوله استفاده می شود، معمولاً از یک پناهگاه یا سیلو برای ذخیره کوتاه مدت و یک حیاط سوخت خارج برای ذخیره سازی بزرگ تر استفاده می شود. یک سیستم کنترل خودکار با استفاده از ترکیبی از جرثقیل ها، استیکرها، بازیابی کننده ها، لودرهای جلو، کمربندها، بالابرها و حمل و نقل پنوماتیک سوخت را از قسمت ذخیره سازی خارج منتقل می کند. از تجهیزات دستی، مانند لودرهای جلو، می توان برای انتقال زیست توده از شمع ها به پناهگاه ها استفاده کرد، اما این روش هزینه قابل توجهی را در عملیات و نگهداری و تعمیر کار و تجهیزات متحمل می شود. یکی از گزینه های کم کارتر، استفاده از استکرهای خودکار برای ساختن شمع ها و بازیابی کننده ها برای انتقال تراشه ها از شمع ها به پناهگاه تراشه یا سیلو است.
سیستم های الکتریکی با تراشه های چوبی معمولاً از یک تن خشک در هر مگاوات ساعت تولید برق استفاده می کنند. این تقریب معمولی برای سیستم های چوب مرطوب است و برای اولین تقریب مصرف سوخت و نیازهای ذخیره سازی مفید است، اما مقدار واقعی با کارایی سیستم متفاوت خواهد بود. برای مقایسه، این معادل 20 درصد بازده HHV با چوب 17 MMBtu/تن است.
بیش تر تراشه های چوبی تولید شده از چوب سبز دارای رطوبت 40 تا 55 درصد و مرطوب هستند، به این معنی که یک تن سوخت سبز حاوی 800 تا 1100 پوند آب است. این آب میزان انرژی قابل بازیافت مواد را کاهش می دهد و کارایی دیگ بخار را کاهش می دهد، زیرا آب باید در مراحل اولیه احتراق تبخیر شود.
بزرگ ترین مشکلات نیروگاه های زیست توده در حمل و پیش پردازش سوخت است. این امر هم در مورد کارخانه های کوچک با رنده و هم در کارخانه های بزرگ با سیستم تعلیق صادق است. خشک کردن زیست توده قبل از احتراق یا گازدهی، کارایی کلی فرایند را بهبود می بخشد، اما ممکن است در بسیاری از موارد از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نباشد.
از سیستم های خروجی برای تخلیه محصولات جانبی احتراق به محیط استفاده می شود. کنترل های انتشار ممکن است شامل یک سیکلون یا چند سیکلون، یک انبار یا یک رسوب دهنده الکترواستاتیک باشد. عملکرد اصلی همه تجهیزات ذکر شده کنترل ذرات معلق است و به ترتیب افزایش هزینه و اثربخشی سرمایه فهرست شده است. از سیکلون ها و چند سیکلون ها می توان به عنوان جمع کننده های پیشین برای حذف ذرات بزرگتر در بالادست یک کیسه خانه (فیلتر پارچه ای) یا رسوب دهنده الکترواستاتیک استفاده کرد.
علاوه بر این، ممکن است بسته به خواص سوخت و مقررات محلی، ایالتی و فدرال، کنترل انتشار هیدروکربن های نسوخته، اکسیدهای نیتروژن و گوگرد مورد نیاز باشد.
زیست توده چه قدرتی می تواند تولید کند؟
تأسیسات زیست توده می تواند در هر نقطه از 2 تا 1000 مگاوات برق تولید کند. در پایان سال 2014، کانادا دارای 70 نیروگاه زیست توده بود. این نیروگاه ها با هم می توانند 2043 مگاوات برق تولید کنند. صنایع، مانند کارخانه های خمیر کاغذ و کاغذ، حدود دو سوم این برق را مصرف می کنند.
ایستگاه تولید آتیکوکان بزرگ ترین نیروگاه برق 100٪ زیست توده آمریکای شمالی است. این شهر در شمال غربی انتاریو واقع شده است. این ایستگاه برای سوزاندن زغال سنگ برق تولید می کرد. پس از تغییرات در سال 2014، اکنون گلوله های چوبی را می سوزاند. با سوزاندن گلوله های چوبی می تواند 205 مگاوات برق تولید کند. این برق کافی برای تامین برق حدود 70 هزار خانه است.
مزایای تولید برق زیست توده
برخلاف سایر منابع انرژی تجدیدپذیر، نیروگاه های زیست توده می توانند به طور مداوم نیرو تولید کنند. آن ها به چیزهای متناوب مانند باد یا خورشید تکیه نمی کنند. این امر باعث می شود برق حاصل از زیست توده قابل اعتماد باشد.
اما زیست توده با انواع دیگر منابع انرژی تجدیدپذیر متفاوت است. برخلاف باد و خورشید، زیست توده هنگام تولید برق مصرف می شود. برای تجدیدپذیر شدن زیست توده، مواد گیاهی مصرفی باید به سرعت مورد استفاده قرار گیرد. این ممکن است از طریق کشت محصولات جدید یا کاشت درخت باشد. اگر این اتفاق بیفتد، سوزاندن زیست توده سطح گازهای گلخانه ای را افزایش نمی دهد. اما اگر چنین نباشد، سوزاندن زیست توده سطح گازهای گلخانه ای را افزایش می دهد.
مزیت دیگر استفاده از زیست توده این است که می تواند از رفتن برخی از انواع زباله به محل دفن زباله جلوگیری کند.
معایب تولید برق زیست توده
سوزاندن زیست توده گازهای گلخانه ای مشابه سوختن سوخت های فسیلی تولید می کند. این گازهای گلخانه ای به افزایش دمای کره زمین کمک می کند. سوزاندن زیست توده هم چنین آلاینده های دیگر را در هوا آزاد می کند. این آلاینده ها شامل ذرات معلق، اکسیدهای نیتروژن، گوگرد و دی اکسید است. آلودگی هوا می تواند باعث مشکلات تنفسی، بیماری های قلبی، سرطان و سایر مشکلات سلامتی شود.
برق تولید شده از زیست توده نیز می تواند از راه های دیگر بر محیط زیست تأثیر بگذارد. به عنوان مثال، قطع درختان می تواند منجر به جنگل زدایی شود. رشد گیاهان برای استفاده به عنوان زیست توده می تواند بر کیفیت خاک و مصرف آب تأثیر بگذارد. این گیاهان فضایی را اشغال می کنند که گیاهان وحشی می توانستند در آن رشد کنند.
ما می توانیم برخی از این مشکلات را با فناوری حل کنیم. به عنوان مثال، استفاده دقیق تر از زمین، فیلترها یا منابع تمیزتر زیست توده می تواند کمک کننده باشد. سایر منابع زیست توده، مانند گاز متان از ضایعات مواد غذایی، ممکن است در آینده بیشتر رایج شوند. این فناوری ها ممکن است تولید برق از زیست توده را برای محیط زیست بهتر کنند.
ما را در تلگرام دنبال کنید.
