바이오매스 난방 시스템

Biomass heating system
스크류 컨베이어로 보일러까지 재료를 운반하기 위한 중간 교반기의 저장 호퍼 내 목재 칩

바이오매스 난방 시스템은 바이오매스로부터 열을 발생시킨다.
시스템은 다음 범주에 속합니다.

바이오매스 난방의 장점

난방 시스템에 바이오매스를 사용하는 것은 농업, 산림, 도시 및 산업 잔류물과 폐기물을 사용하여 환경에 미치는 영향이 화석 [1]연료보다 적은 열 및/또는 전기를 생산하기 때문에 유익하다.이러한 유형의 에너지 생산은 바이오매스의 탄소가 자연 탄소 순환의 일부이기 때문에 환경에 제한적인 장기적 영향을 미칩니다. 반면 화석 연료의 탄소는 그렇지 않고 연료로 연소될 때 환경에 탄소를 영구적으로 추가합니다(탄소 발자국).[2]역사적으로 화석연료가 많이 사용되기 전에는 목질연료 형태의 바이오매스가 인류 대부분의 난방을 제공했다.연구 대상인 바이오매스 가열의 잠재적 원천은 셀룰로오스 가수분해와 단량화이며 이는 낮은 온실 가스 [3]배출을 초래하는 열원이다.

삼림 상태

산림 기반 바이오매스는 일반적으로 상업적 가치가 낮은 목재에서 생산되기 때문에 산림 바이오매스는 일반적으로 다른 목재 수확 작업의 부산물로 수확된다.바이오매스 난방은 저부가가치 목재 시장을 제공하여 건강하고 수익성 높은 산림 관리를 가능하게 합니다.2017년 현재 뉴잉글랜드에서 산림 건강에 대한 가장 큰 위협 중 하나는 산림에서 농업 및 개발로의 전환이다.하버드 포레스트 과학자들은 2017년에 전환으로 인해 하루에 65에이커의 숲이 손실되고 있다고 보고했다.낮은 등급의 목재 시장을 제공함으로써 숲의 가치가 높아져 주택이나 농업으로의 전환 가능성이 [4]낮아진다.

바이오매스 가열의 단점

농업용 바이오매스의 이용은 대규모로 농업용지를 식량 생산에서 제거하고, 지속가능하게 관리되지 않는 산림의 탄소 격리 능력을 감소시키며, 토양에서 영양분을 추출한다.바이오매스의 연소는 대기 오염 물질을 생성하고 수십 [5]년 동안 토양으로 돌아오지 않을 수 있는 상당한 양의 탄소를 대기에 추가한다.바이오매스가 연소된 시점부터 식물이나 나무가 이를 대체하기 위해 대기 중 탄소가 배출되는 시점 사이의 시간 지연을 탄소 부채라고 한다.탄소 부채의 개념은 논란의 대상이다.실제 탄소 영향은 철학, 수확 규모, 토지 유형, 바이오매스 유형(예: 풀, 옥수수, 신목재, 폐목재, 조류), 토양 유형 및 기타 [6]요인에 따라 달라질 수 있다.

바이오매스를 연료로 사용하면 일산화탄소, NOx(질소산화물), VOCs(휘발성 유기화합물), 입자 및 기타 오염물질의 형태로 대기 오염이 발생하며, 경우에 따라서는 석탄이나 천연가스 [7][8]같은 전통적인 연료원으로부터의 오염 수준보다 더 높은 수준에서 발생합니다.화석 연료, 바이오 연료 및 바이오매스의 불완전 연소로 생성된 오염 물질인 블랙 카본은 아마도 지구 [9]온난화의 두 번째로 큰 원인일 것이다.2009년 스웨덴의 남아시아의 넓은 지역을 주기적으로 덮고 있는 거대한 갈색 연무 연구는 그것이 주로 바이오매스 연소에 의해 생성되고 화석 연료 [10]연소에 의해 덜 생성되었다는 것을 밝혀냈다.연구원들은 화석 [11]연료보다는 최근의 식물과 관련이 있는 상당한 농도의 C를 측정했다.최신 바이오매스 연소 장치는 산소 트림 시스템 [12]등의 첨단 기술로 유해 배출을 극적으로 줄입니다.

연소 시 바이오매스의 탄소는 이산화탄소(CO2)로 대기 중으로 방출됩니다.건조한 목재에 저장된 탄소의 양은 [13]무게 기준으로 약 50%입니다.농업의 원천에서 연료로 사용되는 식물 물질은 새로운 성장을 위해 심는 것으로 대체될 수 있다.바이오매스가 산림에서 생산되는 경우, 일반적으로 저장된 탄소를 회수하는 시간이 길어지고 파괴적인 임업 기법을 사용하면 [14][15][16][17]숲의 탄소 저장 능력이 전반적으로 저하될 수 있다.

1990년대 초에 제시된 산림 바이오매스-탄소 중립 제안은 성숙하고 온전한 숲이 컷오버 지역보다 탄소를 더 효과적으로 격리한다는 최신 과학으로 대체되었다.나무의 탄소가 단 한 번의 맥박으로 대기로 방출될 때, 그것은 수십 [18]년 동안 천천히 썩어가는 삼림 목재보다 훨씬 더 기후 변화에 기여한다.일부 연구는 "50년이 지난 후에도 숲이 초기 탄소 저장소로 복구되지 않았다"며 "최적의 전략은 서 있는 [19]숲을 보호하는 것 같다"고 나타낸다.다른 연구에 따르면 탄소 저장은 숲과 수확한 바이오매스의 사용에 의존합니다.숲은 종종 성숙한 나무의 수확 빈도가 높고 수확량이 적은 여러 그루의 나무를 위해 관리된다.이 숲들은 잘려나간 성숙한 숲과는 다르게 탄소와 상호작용한다.또한 목재의 에너지 전환이 효율적일수록 사용되는 목재는 줄어들고 탄소 주기는 짧아집니다.[20]

세계의 바이오매스 난방

스페인 바스크 지방의 1개 단지 바이오매스 난방 시스템

2003년 이후 유가 상승과 그에 따른 천연가스 및 석탄 가격 상승으로 발열 바이오매스의 가치가 높아졌다.에너지 밀도가 높은 화석 연료의 가격이 상승함에 따라 산림 렌더링, 농업 폐기물, 에너지 생산을 위해 특별히 재배된 농작물들이 경쟁력을 갖추게 된다.이러한 잠재력을 개발하기 위한 노력은 잘못 관리된 경작지를 재생하는 효과를 가져올 수 있으며 분산형 다차원 재생 에너지 산업의 톱니바퀴가 될 수 있다.이러한 방법을 촉진하고 발전시키기 위한 노력은 2000년대에 걸쳐 유럽연합 전체에서 보편화되었다.세계의 다른 지역에서는 바이오매스로부터 열을 발생시키는 비효율적이고 오염적인 수단이 열악한 산림 관행과 맞물려 환경 악화를 크게 가중시키고 있다.

완충 탱크

완충 탱크는 바이오매스 기기가 발생시킨 온수를 저장하여 난방 [21]시스템 주위를 순환시킵니다.시스템 부하가 빠르게 변동하거나 전체 유압 시스템의 용수량이 상대적으로 적은 모든 바이오매스 보일러의 효율적인 작동에 '열 저장소'라고도 합니다.적절한 크기의 완충 용기를 사용하면 부하가 최소 보일러 출력 미만일 때 보일러의 신속한 사이클링을 방지할 수 있습니다.보일러의 빠른 사이클링은 일산화탄소, 먼지, NOx 등 유해배출량을 크게 증가시켜 보일러 효율을 크게 떨어뜨리고 유닛의 소비전력을 증가시킵니다.또한 부품에 급격한 가열 및 냉각 주기에 따른 부하가 가중됨에 따라 서비스 및 유지보수 요구 사항이 증가합니다.대부분의 보일러가 공칭 출력의 30%까지 감소시킬 수 있다고 주장하지만, 실제 환경에서는 '이상적' 또는 테스트 연료와의 연료 차이로 인해 이를 달성할 수 없는 경우가 많습니다.따라서 보일러의 부하가 공칭 출력의 50% 미만으로 떨어질 경우 적절한 크기의 완충 탱크를 고려해야 합니다. 즉, 바이오매스 성분이 순수하게 기본 부하가 아닌 한 시스템에 완충 탱크가 포함되어야 합니다.2차 시스템이 부하 조건에 관계없이 바이오매스 보일러에서 잔류열을 안전하게 제거하기에 충분한 물을 포함하지 않는 경우, 시스템은 적절한 크기의 완충 탱크를 포함해야 합니다.바이오매스 유닛의 잔류열은 보일러 설계와 연소실의 열량에 따라 크게 달라집니다.경량, 고속 응답 보일러는 10L/kW만 필요한 반면, 열량이 매우 높은 산업용 습식 목재 유닛은 40L/[22]kW가 필요합니다.

바이오매스 난방시스템 종류

오스트리아의 바이오매스 난방 시설, 열 출력은 약 1000kW입니다.
오스트리아의 완전 자동 140kW 우드 칩 가열 시스템.35세.

난방 시스템에 바이오매스를 사용하는 것은 다양한 유형의 건물에서 사용되며, 모두 다른 용도를 가지고 있습니다.보일러를 가열하기 위해 바이오매스를 사용하는 난방 시스템에는 크게 네 가지 유형이 있습니다.유형은 완전 자동화, 반자동, 펠릿 연소, 열과 전력 조합입니다.

완전 자동화

완전히 자동화된 시스템에서는 폐기물이 제거되거나 분쇄된 상태로 배송 트럭에 의해 현장으로 운반되어 보관 탱크에 투입됩니다.다음으로 컨베이어 시스템이 유지탱크에서 보일러로 특정 관리속도로 목재를 수송한다.이 속도는 컨베이어가 반입하는 연료의 부하를 측정하는 레이저와 컴퓨터 제어 장치에 의해 관리됩니다.보일러 내부의 압력과 온도를 유지하기 위해 시스템이 자동으로 켜지고 꺼집니다.완전 자동화 시스템은 복잡한 산업 [23][24]과제에 대한 포괄적이고 비용 효율적인 솔루션을 제공하면서 시스템 운영자가 컴퓨터를 제어할 수 있는 기능만 필요로 하기 때문에 조작이 매우 용이합니다.

반자동 또는 "급지함"

반자동 또는 "서지 빈" 시스템은 운영을 유지하기 위해 더 많은 인력이 필요하다는 점을 제외하고는 완전히 자동화된 시스템과 매우 유사합니다.이들은 더 작은 유지 탱크를 가지고 있으며, 시스템 운영을 유지하기 위해 직원이 필요한 훨씬 더 단순한 컨베이어 시스템을 가지고 있습니다.완전 자동화 시스템에서 변경되는 이유는 시스템의 효율성 때문입니다.연소기에 의해 생성된 열은 공기를 직접 가열하는 데 사용될 수도 있고 [25]열이 전달되는 매체 역할을 하는 보일러 시스템의 물을 가열하는 데 사용될 수도 있습니다.장작불 보일러는 최대 용량으로 가동될 때 가장 효율적이며, 연중 대부분의 날 필요한 열은 연중 최대 열 요구량이 아닙니다.이 시스템은 1년 중 며칠만 대용량으로 작동하면 된다는 점을 고려하면, 높은 [24]효율성을 유지하기 위해 연중 대부분 요건을 충족하도록 만들어졌다.

펠릿 연소식

바이오매스 가열 시스템의 세 번째 주요 유형은 펠릿 연소 시스템입니다.펠릿은 나무로 가공된 형태인데, 이것은 펠릿을 더 비싸게 만든다.더 비싸지만 훨씬 더 응축되고 균일하기 때문에 더 효율적입니다.또, 보일러에 펠릿을 자동적으로 공급하는 것도 비교적 간단하다.이러한 시스템에서 펠릿은 곡물형 저장 사일로에 저장되며, 중력은 이를 보일러로 이동시키는 데 사용됩니다.펠릿 연소 시스템의 스토리지 요구사항은 압축된 특성 때문에 훨씬 작으며, 이는 비용 절감에도 도움이 됩니다.이러한 시스템은 다양한 설비에 사용되지만 저장 및 컨베이어 시스템을 위한 공간이 한정되어 있고 펠릿이 [24]시설과 상당히 가깝게 만들어진 장소에 가장 효율적이고 비용 효율적입니다.

농업용 펠릿 시스템

펠릿 시스템의 하위 범주 중 하나는 높은 회율로 펠릿을 연소할 수 있는 보일러 또는 버너입니다(종이 펠릿, 건초 펠릿, 짚 펠릿).이러한 종류 중 하나는 원통형 연소실을 [26]회전시키는 PETROJET 펠릿 버너입니다.효율 측면에서 볼 때, 연료 특성이 보다 안정적이기 때문에 첨단 펠릿 보일러는 다른 형태의 바이오매스를 능가할 수 있습니다.고급 펠릿 보일러는 응축 모드에서 작동하여 [27]연소로 보내기 전 120°C가 아닌 30-40°C로 연소 가스를 냉각할 수 있습니다.

열과 전력의 조합

열과 전력 시스템의 결합은 목재 칩과 같은 목재 폐기물을 사용하여 전력을 생산하고 열을 발전 시스템의 부산물로 생성하는 매우 유용한 시스템입니다.고압 운전으로 인해 비용이 매우 많이 듭니다.이러한 고압 운전으로 인해 고도의 훈련을 받은 작업자의 필요성이 필수적이며, 운영 비용이 상승합니다.또 다른 단점은 전기를 생산하면서 열을 발생시키고, 특정 기간 동안 열을 발생시키는 것이 바람직하지 않을 경우 냉각탑을 추가해야 하며, 비용도 증가한다는 것이다.

CHP가 좋은 옵션이 될 수 있는 상황이 있습니다.목재 제품 제조업체는 폐목재를 대량으로 공급하고 열과 전력 모두를 필요로 하기 때문에 열과 전력 시스템을 조합하여 사용합니다.이러한 시스템이 최적인 다른 장소는 에너지와 뜨거운 물을 위한 난방이 필요한 병원과 감옥이다.이러한 시스템은 평균 열 부하에 맞도록 충분한 열을 생성하도록 설계되어 추가 열이나 냉각 타워가 [24]필요하지 않습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Vallios, I; Tsoutsos, T; Papadakis, G (2009). "Design of Biomass District Heating". Biomass & Bioenergy. 33 (4): 659–678. doi:10.1016/j.biombioe.2008.10.009.
  2. ^ "Wood Fuelled Heating". Archived from the original on 16 July 2011.
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  4. ^ "Wildlands & Woodlands Harvard Forest". harvardforest.fas.harvard.edu. Retrieved 15 May 2019.
  5. ^ "Opinion of the EEA Scientific Committee on Greenhouse Gas Accounting in Relation to Bioenergy".
  6. ^ Malmsheimer, Robert (October 2016). "Biomass Boilers, Greenhouse Gases, and Climate Change: Everything You Ever Wanted to Know About Carbon Emissions from your Biomass Boiler but were Afraid to Ask!" (PDF).
  7. ^ "George Lopez visits the Fox Theatre". Michigan Messenger. 22 February 1999. Archived from the original on 5 February 2010.
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  9. ^ 2009 State of the World, Into a Warming World, Worldwatch Institute, 56-57, ISBN 978-0-393-33418-0
  10. ^ 사이언스, 2009, 323, 495
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  13. ^ "Forest volume-to-biomass models and estimates of mass for live and standing dead trees of U.S. forests" (PDF). Archived from the original (PDF) on 11 July 2007.
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외부 링크