أنظمة التدفئة الكتلة الحيوية تولد الحرارة من الكتلة الحيوية.
الأنظمة تندرج تحت فئات:
الاحتراق المباشر ،
تغويز،
الجمع بين الحرارة والطاقة (CHP) ،
الهضم اللاهوائي،
الهضم الهوائي.
فوائد التدفئة الكتلة الحيوية
استخدام الكتلة الحيوية في أنظمة التدفئة مفيد لأنه يستخدم المخلفات الزراعية والغابات والحضرية والصناعية والنفايات لإنتاج الحرارة والكهرباء مع تأثير أقل على البيئة من الوقود الأحفوري. هذا النوع من إنتاج الطاقة له تأثير محدود على البيئة على المدى الطويل لأن الكربون في الكتلة الحيوية هو جزء من دورة الكربون الطبيعية. في حين أن الكربون في الوقود الأحفوري ليس ، ويضيف الكربون بشكل دائم إلى البيئة عند حرقه للوقود (بصمة الكربون). من الناحية التاريخية ، قبل استخدام الوقود الأحفوري بكميات كبيرة ، كانت الكتلة الحيوية في شكل وقود الخشب تزود معظم التدفئة البشرية.
عيوب التدفئة الكتلة الحيوية
على نطاق واسع ، فإن استخدام الكتلة الحيوية يزيل الأراضي الزراعية من إنتاج الغذاء ، ويقلل من قدرة امتصاص الكربون في الغابات ، ويستخرج المغذيات من التربة. ينتج عن احتراق الكتلة الحيوية ملوثات للهواء ويضيف كميات كبيرة من الكربون إلى الغلاف الجوي والتي قد لا تعود إلى التربة لعدة عقود.
استخدام الكتلة الحيوية كوقود ينتج تلوث الهواء في شكل أول أكسيد الكربون ، وأكسيد النيتروجين (أكسيد النيتروجين) ، والمركبات العضوية المتطايرة (المركبات العضوية المتطايرة) والجسيمات والملوثات الأخرى ، في بعض الحالات بمستويات أعلى من تلك من مصادر الوقود التقليدية مثل الفحم أو الغاز الطبيعي . من المحتمل أن يكون الكربون الأسود – وهو ملوث ناتج عن احتراق غير كامل للوقود الأحفوري ، والوقود الحيوي ، والكتلة الحيوية – ثاني أكبر مساهم في الاحترار العالمي. في عام 2009 ، خلصت دراسة سويدية عن الضباب البني العملاق الذي يغطي مناطق كبيرة في جنوب آسيا بشكل دوري إلى أنه تم إنتاجه بشكل أساسي عن طريق حرق الكتلة الحيوية ، وبدرجة أقل عن طريق حرق الوقود الأحفوري. قياس الباحثين تركيز كبير من 14C ، والذي يرتبط مع الحياة النباتية الأخيرة وليس مع الوقود الأحفوري.
على الاحتراق ، يتم إطلاق الكربون من الكتلة الحيوية في الغلاف الجوي مثل ثاني أكسيد الكربون (CO2). تبلغ كمية الكربون المخزن في الخشب الجاف حوالي 50٪ بالوزن. عندما يتم استبدال المادة النباتية المستخدمة كوقود من مصادر زراعية بالزراعة من أجل نمو جديد. عندما تكون الكتلة الحيوية من الغابات ، يكون وقت استعادة الكربون المخزن أطول بشكل عام ، وقد يتم تقليل سعة تخزين الكربون في الغابة بشكل عام إذا تم استخدام تقنيات الغابات المدمرة.
لقد حل محل اقتراح الكتلة الحيوية – المحايدة من الكربون الذي طرح في أوائل التسعينيات محل مزيد من العلوم الحديثة التي تعترف بأن الغابات الناضجة السليمة تعوق الكربون بطريقة أكثر فعالية من المناطق المقطوعة. عندما يتم إطلاق الكربون في الشجرة في الغلاف الجوي في نبضة واحدة ، فإنه يساهم في تغير المناخ أكثر بكثير من الأخشاب الخشبية المتعفنة ببطء على مدى عقود. تشير الدراسات الحالية إلى أنه “حتى بعد مرور 50 عامًا ، لم تنتعش الغابات إلى تخزينها الأولي للكربون” و “من المرجح أن تكون الإستراتيجية المثلى هي حماية الغابة الدائمة”.
تدفئة الكتلة الحيوية في عالمنا
وقد أدت الزيادات في أسعار النفط منذ عام 2003 والزيادات في الأسعار المترتبة على الغاز الطبيعي والفحم إلى زيادة قيمة الكتلة الحيوية لتوليد الحرارة. وتصبح التصاميم الحرجية والنفايات الزراعية والمحاصيل التي تزرع خصيصًا لإنتاج الطاقة تنافسية مع ارتفاع أسعار الطاقة الأحفورية الكثيفة. وقد يكون للجهود المبذولة لتطوير هذه الإمكانية تأثير في إعادة إعمار الأراضي الزراعية التي أسيء إدارتها ، كما أنها تشكل ترسًا في عجلة صناعة الطاقة المتجددة متعددة الأبعاد اللامركزية. أصبحت الجهود الرامية إلى تعزيز هذه الطرق ودفعها شائعة في جميع أنحاء الاتحاد الأوروبي خلال العقد الأول من القرن الحالي. وفي مناطق أخرى من العالم ، أدت الوسائل غير الفعالة والملوثة لتوليد الحرارة من الكتلة الحيوية إلى جانب الممارسات الحرجية الفقيرة إلى زيادة كبيرة في التدهور البيئي.
الدبابات العازلة
تقوم الخزانات العازلة بتخزين الماء الساخن الذي يولده جهاز الكتلة الحيوية ويقوم بتوزيعه حول نظام التسخين. في بعض الأحيان يشار إليها باسم “مخازن حرارية” ، فهي حاسمة للتشغيل الفعال لجميع الغلايات الكتلة الحيوية حيث يتقلب تحميل النظام بسرعة ، أو حجم الماء في النظام الهيدروليكي الكامل صغير نسبيا. استخدام وعاء عازلة بحجم مناسب يمنع التدوير السريع للمرجل عندما يكون التحميل أقل من الحد الأدنى من ناتج المرجل. يؤدي الدوران السريع للمرجل إلى زيادة كبيرة في الانبعاثات الضارة مثل أول أكسيد الكربون والغبار وأكسيد النيتروجين ، ويقلل بدرجة كبيرة من كفاءة المرجل ويزيد من استهلاك الكهرباء للوحدة. بالإضافة إلى ذلك ، سيتم زيادة متطلبات الخدمة والصيانة حيث يتم التأكيد على الأجزاء من خلال دورات التسخين والتبريد السريعة. على الرغم من أن معظم الغلايات تدعي أنها قادرة على التحول إلى 30٪ من الإنتاج الاسمي ، إلا أن هذا في الغالب لا يمكن تحقيقه في الواقع بسبب الاختلافات في الوقود من الوقود “المثالي” أو اختبار الوقود. ولذلك ينبغي النظر إلى خزان عازلة بحجم مناسب حيث ينخفض تحميل الغلاية إلى أقل من 50٪ من الناتج الاسمي – وبعبارة أخرى ما لم يكن المكون الخاص بالكتلة الحيوية عبارة عن حمل أساسي ، يجب أن يشتمل النظام على خزان عازلة. في أي حالة لا يحتوي فيها النظام الثانوي على مياه كافية للإزالة الآمنة للحرارة المتبقية من مرجل الكتلة الحيوية بغض النظر عن ظروف التحميل ، يجب أن يشتمل النظام على خزان تخزين مناسب بحجم مناسب. تختلف الحرارة المتبقية من وحدة الكتلة الحيوية بشكل كبير تبعاً لتصميم المرجل والكتلة الحرارية لغرفة الاحتراق. تتطلب المراجل ذات الاستجابة السريعة ، خفيفة الوزن 10 لتر / كيلوواط فقط ، بينما تحتاج وحدات الخشب الرطب الصناعية ذات الكتلة الحرارية العالية جداً إلى 40 لتر / كيلو وات.
أنواع أنظمة التدفئة الكتلة الحيوية
يستخدم استخدام الكتلة الحيوية في أنظمة التدفئة في العديد من أنواع المباني المختلفة ، وجميعها لها استخدامات مختلفة. هناك أربعة أنواع رئيسية من أنظمة التدفئة التي تستخدم الكتلة الحيوية لتدفئة المرجل. والأنواع هي أوتوماتيكية بالكامل ، نصف آلية ، بيليه – أطلق ، والحرارة والقوة جنبا إلى جنب.
مؤتمتة بالكامل
في أنظمة مؤتمتة بالكامل ، يتم إحضار النفايات من الأخشاب إلى الموقع بواسطة شاحنات التسليم وتسقط في خزان. ثم يقوم نظام من الناقل بنقل الخشب من الخزان إلى المرجل بمعدل معدل معين. يتم إدارة هذا المعدل بواسطة أجهزة التحكم في الكمبيوتر والليزر الذي يقيس حمولة الوقود الذي يجلبه الناقل. يتم تشغيل النظام وإيقاف تشغيله تلقائيًا للحفاظ على الضغط ودرجة الحرارة داخل المرجل. توفر الأنظمة المؤتمتة بالكامل قدراً كبيراً من السهولة في تشغيلها لأنها تتطلب فقط مشغل النظام للتحكم في الكمبيوتر ، وليس نقل الأخشاب مع تقديم حلول شاملة وفعالة من حيث التكلفة للتحديات الصناعية المعقدة.
شبه الآلي أو “سلة الرافعة”
الأنظمة شبه الآلية أو “الرافعة السريعة” تشبه إلى حد بعيد الأنظمة الآلية بالكامل ، إلا أنها تتطلب المزيد من القوى العاملة للحفاظ على تشغيلها. لديهم دبابات أصغر حجماً ، وأنظمة نقل أبسط بكثير سوف تتطلب من الموظفين الحفاظ على تشغيل الأنظمة. السبب في التغييرات من النظام الآلي بالكامل هو كفاءة النظام. يمكن استخدام الحرارة الناتجة عن الاحتراق لتسخين الهواء مباشرة أو يمكن استخدامه لتسخين الماء في نظام مراجل يعمل كوسيلة لتوصيل الحرارة. تكون الغلايات التي تعمل بإشعال الخشب أكثر كفاءة عندما تعمل بأقصى طاقتها ، والحرارة المطلوبة في معظم أيام السنة لن تكون ذروة الحرارة المطلوبة لهذا العام. وبالنظر إلى أن النظام سيحتاج فقط إلى تشغيله بسعة عالية في غضون أيام قليلة من السنة ، فإنه يتم استيفاء متطلبات معظم العام للحفاظ على كفاءته العالية.
بيليه النار
النوع الرئيسي الثالث من أنظمة تسخين الكتلة الحيوية هي أنظمة تعمل بحرق الكريات. الكريات هي شكل معالج من الخشب ، مما يجعلها أكثر تكلفة. على الرغم من أنها أكثر تكلفة ، إلا أنها أكثر كثافة وموحدة ، وبالتالي فهي أكثر كفاءة. علاوة على ذلك ، من السهل نسبياً إمداد الكريات بالمراجل تلقائياً. في هذه الأنظمة ، يتم تخزين الكريات في صومعة تخزين من نوع الحبوب ، وتستخدم الجاذبية لنقلها إلى المرجل. متطلبات التخزين أصغر بكثير لأنظمة تشغيل الحبيبات بسبب طبيعتها المكثفة ، مما يساعد أيضًا على خفض التكاليف. وتستخدم هذه الأنظمة لمجموعة واسعة من المرافق ، لكنها أكثر كفاءة وفعالية من حيث التكلفة للأماكن التي تكون فيها مساحة التخزين وأنظمة النقل محدودة ، وعندما تكون الكريات قريبة إلى حد ما من المنشأة.
نظم بيليه الزراعية
إن إحدى الفئات الفرعية لأنظمة الحبيبات هي الغلايات أو الشعلات القادرة على حرق الحبيبات ذات معدل الرماد المرتفع (حبيبات الورق ، كريات القش ، كريات القش). واحد من هذا النوع هو PETROJET الموقد بيليه مع غرفة حرق اسطوانية الدورية. من حيث الكفاءة يمكن أن تتخطى غلايات الحبيبات المتقدمة الأشكال الأخرى للكتلة الحيوية نظرًا لازدهار الوقود الأكثر استقرارًا. يمكن للمراجل البخارية المتقدمة العمل حتى في وضع التكثيف وتبريد غازات الاحتراق إلى 30-40 درجة مئوية ، بدلاً من 120 درجة مئوية قبل إرسالها إلى المداخن.
الجمع بين الحرارة والقوة
تعد أنظمة الطاقة والحرارة المشتركة أنظمة مفيدة للغاية حيث يتم استخدام نفايات الخشب ، مثل رقائق الخشب ، لتوليد الطاقة ، ويتم إنشاء الحرارة كمنتج ثانوي لنظام توليد الطاقة. لديهم تكلفة عالية جدا بسبب عملية الضغط العالي. وبسبب عملية الضغط المرتفع هذه ، فإن الحاجة إلى مشغل ذي تدريب عالي أمر إلزامي ، وسوف تزيد من تكلفة التشغيل. عيب آخر هو أنه في حين أنها تنتج الكهرباء فإنها سوف تنتج الحرارة ، وإذا كان إنتاج الحرارة غير مرغوب فيه لأجزاء معينة من السنة ، فإن إضافة برج التبريد أمر ضروري ، وسوف يؤدي أيضًا إلى رفع التكلفة.
هناك بعض الحالات التي يكون فيها حزب الشعب الجمهوري خيارًا جيدًا. سيستخدم مصنعو المنتجات الخشبية نظامًا مشتركًا للحرارة والطاقة لأنهم يمتلكون مخزونًا كبيرًا من نفايات الخشب ، والحاجة إلى كل من الحرارة والطاقة. الأماكن الأخرى التي تكون فيها هذه الأنظمة مثالية هي المستشفيات والسجون ، التي تحتاج إلى الطاقة ، والحرارة لمياه ساخنة. هذه الأنظمة الحجم بحيث أنها تنتج حرارة كافية لمطابقة متوسط الحمل الحراري بحيث لا حاجة إلى حرارة إضافية ، وبرج التبريد ليست هناك حاجة.