Традиционной технологией получения электроэнергии является прямое сжигание древесных отходов в паровом котле и далее использование пара в паровой турбине. Недостатком традиционной технологии является высокая цена оборудования для малых электростанций мощностью менее 1 МВт, большие габариты, значительный расход топлива и другие. Конечно, существуют новые технологии, основанные на прямом сжигании, такие как Органический цикл Рэнкина (ORC), Энтропийный цикл, двигатели Стирлинга, но эти технологии еще более дорогие, а некоторые из них, по сути, находятся в стадии исследований и опытных разработок.
Единственной экономически выгодной альтернативой прямому сжиганию является технология газификации древесных отходов с использованием полученного генераторного газа в электрогенераторных установках с двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Преимуществами газификации по сравнению с традиционной паровой технологией являются:
- Высокий электрический КПД — более 30%;
— Широкий диапазон мощностей ? от нескольких единиц до нескольких сотен кВт;
— Возможность выработки тепловой, электрической энергии в режиме когенерации;
— Сравнительно невысокая стоимость, модульность оборудования;
— Прекрасные экологические характеристики: выхлопные газы двигателей содержат меньше выбросов, чем при работе на природном газе, побочные продукты представляют собой древесный уголь (используется как топливо) и древесную золу (используется как улучшитель почвы).
Термохимическая газификация биомассы позволяет получить, в зависимости от способа ее реализации, газ с теплотой сгорания от 4 до 20,0 МДж/нм
3. Наиболее простой, слоевой обращенный процесс с воздушным дутьем дает газ с теплотой сгорания 4…6 МДж/нм
3. Для его получения разработаны установки с тепловой мощностью от 1 до 5 МВт.
Эти газогенераторы слоевого типа, работающие по принципу обращенного горения, могут быть использованы в тепловых схемах ТЭС с ДВС и газовыми турбинами.
При этом генераторный газ в равной степени может быть использован как в двигателях с искровым зажиганием, так и в дизелях. Дизельные двигатели при переводе их на генераторный газ могут эксплуатироваться в режиме газодизеля с сохранением подсветки жидким топливом до 20% (по теплу) либо переводиться полностью на генераторный газ, но при этом необходимо вводить искровое зажигание. В перспективе для ТЭС с ДВС целесообразно использовать двигатели Стирлинга, для которых требования к качеству газа существенно ниже.
Преимущество использования ДВС для ТЭС по сравнению с прямым использованием газа в газотурбинном двигателе состоит в том, что для них не требуется:
- создания специальных камер сгорания;
- обеспечения повышенной степени очистки генераторного газа;
- применения замкнутых или полузамкнутых схем.
Для ТЭС и ДВС необходимо обеспечить:
- измельчение и сушку растительной биомассы (что имеет практическое инженерное решение);
- подготовить генераторный газ к сжиганию в дизеле, т.е. охладить его, очистить от твердых частиц и кипящей смолы. Это обеспечивается нижним отбором газа из газогенератора, при котором он проходит через высокотемпературную зону, где осуществляется крекинг.
На стоимостные показатели газогенераторных ТЭС существенное влияние оказывает влажность и дисперсный состав исходной биомассы. С увеличением влажности уменьшаются теплота сгорания сухого газа и КПД установки в целом.
При использовании мелкофракционного топлива увеличивается интенсивность процесса газификации, улучшается состав и повышается теплота сгорания газа. Кроме того, на эффективность тепловой схемы газогенераторной ТЭС оказывают влияние конструктивные характеристики самого генератора, состав паровоздушной смеси и температура процесса. При влажности, например древесной биомассы 65%, калорийность получаемого генераторного газа получается весьма низкой. Поэтому при использовании влажной древесины необходима ее подсушка до влажности, близкой к гигроскопичной (примерно 30%). Подсушка может осуществляться теплом самого генераторного газа, который отдается воздухом в теплообменнике. Сушка древесины осуществляется в слоевой сушилке.
