Whole-Tree Energy – електроенергія з дерев

Використання дерев в ролі палива не призводить до утворення додаткового СО2, кількість вуглекислого газу, увібраного деревом впродовж життя, дорівнює кількості, яка виділяється після його смерті, незалежно від того, згнило воно, чи його спалили на електростанції

 

Компанія “Energy Performance Systems, Inc.,”

whole tree

“Власне, все, що нам потрібно” – каже Девід Остлі – “це щоб якась одна електростанція дала “добро” на випробування нашої технології. Далі  технологія “Whole -Tree Energy™” говоритиме сама за себе”.  Девід Остлі  є президентом компанії “Energy Performance Systems, Inc.,”(EPS), яку він заснував у 1988 році. Метою створення фірми було виробництво дешевої електроенергії за допомогою екологічно-чистих технологій безвідходного  вирощування, зрізання, транспортування, висушування та спалювання  дерева в цілісному вигляді  (стовбури, гілки та інші частини дерева) як на (1) реконструйованих старих вугільних та мазутних електростанціях, так і (2) на нових енергоблоках.

Ідея 

Девід Остлі відзначає три ключові особливості, що роблять технологію “Whole-Tree Energy  (WTE)”, розроблену і запатентовану його компанією, унікальною:

1. Використання цілого  дерева. Використання цілого дерева економить значну кількість часу та енергїі порівняно з традиційною формою вживання деревного палива в енергетиці у вигляді дерев’яних трісок -.  Під деревом,у даному випадку, розуміють всі види листяних дерев, в основному ті, що використовуються при виробництві віскози: осика, береза, клен та тополя (практично всі породи дерев, за винятком хвойних ).

2. Висушування цілого дерева. Волога є шкідливим чинником.  Вона призводить до неповного згоряння деревини, зменшення виділення енергії та спричиняє інтенсивне викидання в атмосферу диму, що призводить до забруднення повітря і випадання кислотних дощів. Технологія компанії дозволяє видалити приблизно 70% вологи на етапі підготовки палива, використовуючи  залишкове тепло вихлопних газів від самого процесу згоряння.

3. Триступеневий процес згоряння.

Згоряння  дерева відбувається у топці на трьох рівнях: (а) у вигляді дерева у реакторі, глибиною  12 футів, (б) у вигляді деревного вугілля, що падає з реактора вниз і спалюється на колоснику,  розташованому під реактором,  (в)  у вигляді горючих газів (газифікованого дерева) у об’ємі над реактором. Горючі гази дають чисте полум’я, таке ж як i природний газ. В результаті процес горіння є справді екологічно-чистим і високоефективним.

Простота технології є її важливою перевагою у порівнянні з іншими альтернативними енергетичними технологіями, що розробляються в усьому світі.

Компанія 

Компанія EPS є власником технології WTE і має патент на її використання в США, Канаді, країнах Європи та Японії. Ця технологія довела свою високу ефективність у чотирьох випробуваннях і продемонструвала можливість широкомасштабного виробництва електроенергії на основі технології спалювання цілих дерев. Завданням компанії є комерціалізація технології “Whole-Three Energy”.

Основні моменти 

При оцінюванні технології “Whole-Three Energy” слід враховувати три основних моменти (1) довкілля і забруднення, (2) створення додаткових робочих місць і економічний розвиток, (3) інтерес покупців – виробників електроенергії.

Довкілля та забруднення

Традиційні вугільні електростанції, що складають основну масу діючих енергоблоків викидають у атмосферу велику кількість SO2, NОx, золи та  надлишкового CO2, що призводить до забруднення повітря, кислотних дощів та є причиною глобального потепління. Як свідчать результати випробувань, енергоблок, що використовує технологію WTE, набагато менше забруднює довкілля, аніж енергоблок такої ж потужності на викопному паливі. У порівнянні з вугільним блоком, енергоблок з WTE створює такі рівні забруднення:

* Викиди SO2 при порівнянні по паливу в 400 разів менші ніж у вугільного блока, оскільки дерево практично не містить сірки.

* Викиди NOx в 10 разів менші, ніж у вугільного блока, оскільки природний вміст азоту в деревині  досить низький, а процес згоряння організовано правильно  і в кілька етапів.

* Викиди золи становлять менш як 1/10 від викидів вугільного енергоблока. Зола, яка утворюється внаслідок спалювання деревини, може бути вивезена знову у ліс, або продана як добриво. На відміну від неї, вугільна зола є небезпечним видом  відходів і повинна зберігатися впродовж необмеженого часу в спеціально обладнаних сховищах.

* Надлишковий СО2 – Вугільні енергоблоки викидають у атмосферу величезну кількість надлишкового СО2. Цей СО2 утворюється при спалюванні у великій кількості залишків доісторичних рослин . Швидке підвищення рівня концентрації СО2 в атмосфері внаслідок спалювання викопного палива стало однією з головних причин глобальних змін клімату. Використання біомаси – у тому числі, дерев -  в ролі палива не призводить до утворення додаткового СО2, оскільки кількість вуглекислого газу, який вбирає дерево впродовж життя, дорівнює  кількості, яка виділяється  після його смерті, незалежно від того згнило воно, чи його спалили у топці парового котла.

Чистий ефект від спалювання відновлюваної біомаси – дерев – замість викопного палива можна окреслити таким чином: зменшення забруднення повітря, запобігання кислотним дощам і глобальному потеплінню.

Створення додаткових робочих місць та економічний розвиток

Енергоблоки, з WTE використовуватимуть: (1) сировину, яка не підлягає продажу (яку не хочуть купувати інші фірми-переробники деревини), (2) спеціально вирощені  на плантаціях для потреб енергетики швидкозростаючі дерева. Такі дерева можуть вирощуватися впродовж  5-6 років і забезпечувати додаткові робочі місця для працівників сільського господарства. І останній вид сировини – це (3) відходи деревини, що лишилися після інших фірм-переробників. Зрізання  дерев, що віджили своє, лише стимулює регенерацію лісу і часто забезпечує кращі умови для існування представникам дикої природи.За даними Федеральної служби лісів у США налічується понад 20 млрд тон твердої деревини, утвореної  деревами, що віджили своє, яка не потрібна ні лісозаготівельникам, ні паперовій, ні  целюлозній промисловості і може бути зрізана без всякої шкоди для лісу.

100 мегаватний енергоблок з WTE, який виробляє кількість енергії, достатню для живлення міста з населенням 100 000 мешканців, забезпечить понад 600 робочих місць у сфері вирощування, зрізання і транспортування дерев, а також на виробництві електроенергії. Це вагомий аргумент на користь WTE для організацій, що відповідають за економічний розвиток і прагнуть створити додаткові робочі місця для мешканців на підконтрольних їм територіях.

Інтерес покупців – виробників електроенергії

Щоб уникнути відімкнень електроенергії потрібно вводити в експлуатацію все нові й нові потужності. Для компанії EPS це створює можливість (1) відновлення експлуатації після переобладнання під WTE кількох сотень вугільних та мазутних енергоблоків по всій території США , які через екологічні проблеми працюють лише час від часу; (2) будівництва нових потужностей, розрахованих на використання технології WTE.

У компаніях, що виробляють електроенергію, роботу організовано таким чином:  відділ планування потужності складає прогноз потреби в електроенергії для споживачів з промислового, комерційного та побутового сектора і оцінює спроможність компанії задовольнити ці потреби. Головний виконавчий директор ухвалює рішення щодо введення в дію додаткових потужностей, яке має бути затверджене  Радою директорів. Віце-президент з електропостачання визначає технології, які будуть використані, та майданчик для будівництва нового енергоблоку.

Як каже Остлі, потенційних споживачів як правило хвилюють шість основних аспектів, пов’язаних з технологією WTE.

1. Чи можна, спалюючи деревину, одержати достатню для виробництва електроенергії  кількість тепла ? ” Всі скептики казали мені, що, спалюючи деревину ми не зможемо досягти достатньо високої температури” – каже Остлі – “але в одному з останніх теплових випробувань  нам вдалося досягти температури вищої, ніж у найсучасніших вугільних котлах.

2. Чи можливо вантажити, транспортувати та сушити ціле дерево одразу? Спеціалісти з лісового господарства казали Остлі, що він не зможе навантажити і транспортувати ціле дерево на трейлері, бо гілки неможливо буде ущільнити.  Отож він найняв лісоруба і зробив це.  Технологія WTE вимагає організації процесу сушки у великому об’ємі в надувному приміщенні, на зразок тих, що використовуються для спортивних комплексів.

3. Чи можна знайти достатню кількість дерева за прийнятною ціною, щоб забезпечити комерційну експлуатацію енергоблока. На 75% території США в радіусі 50 миль довкола 100 мегаватного енергоблока з WTE можна знайти кількість біомаси у формі дерев достатню для його експлуатації. Для забезпечення роботи такого енергоблоку впродовж року потрібно зрізати ліс  лише на 0,1% землі у 50-мильній зоні. Місцева біомаса та відходи від целюлозної та деревообробної промисловості також можуть стати потенційним джерелом палива. І нарешті, більшість паливних ресурсів    може надходити від вирощування на спеціальних плантаціях гібридних швидкозростаючих порід дерев, що забезпечить фермерам альтернативне джерело надходжень.

4. Яку користь з точки зору екології можуть мати від застосування WTE компанії-виробники електроенергії?

Окрім задоволення екологічним вимогам до енергетики,  що постійно зростають,  компанія, яка здійснить переобладнання екологічно-неблагополучного енергоблоку на WTE, може одержати  до 1млн доларів на рік за рахунок бонусу за SO2. Таким чином уряд США стимулює енергетичні компанії заміщувати електроенергію, вироблену на екологічно-небезпечних потужностях, енергією, виробленою на “чистих” енергоблоках.

5. Скільки коштуватиме переобладнання старого та будівництво нового енергоблока з використанням технології WTE?

Головною перевагою WTE є її простота, у порівнянні зі, скажімо, технологією спалювання вугілля.  Переобладнання існуючого 100 МВт-ного  енергоблока коштуватиме 25 млн доларів – отже повернення у експлуатацію існуючих потужностей обійдеться порівняно недорого. Побудувати новий енергоблок на 100 МВт з використанням технології WTE коштуватиме приблизно 100 млн доларів, тобто на 25-30% дешевше, ніж новий блок на викопному паливі.

6. Якою буде собівартість електроенергії, виробленої на електростанціях, що використовують WTE?

Проведені нещодавно  дослідження життєздатності  технології показали, що собівартість 1квт-год енергії, виробленої за цією технологією, буде на 20-40% меншою, ніж на сучасних станціях, що працюють на викопному паливі (див. ілюстрацію).

“Я гадаю, нам  не доведеться довго  чекати першої продажі ” додає Дейв Остлі.