ENERGETICKÁ STUDIE. projektu změny způsobu zásobování teplem obce Pražmo. Ing. Jiří NEZHODA, Ph.D. VŠB TU Ostrava

Transkript

1 ENERGETICKÁ STUDIE projektu změny způsobu zásobování teplem obce Pražmo Ing. Jiří NEZHODA, Ph.D. VŠB TU Ostrava

2 IDENTIFIKAČNÍ ÚDAJE Objednatel studie : Obec Pražmo, Pražmo 153, Pražmo Zástupce: Marek Kaniok, DiS - starosta Zpracovatel studie: Ing. Jiří NEZHODA, Ph.D. Bludovická 5/757, HAVÍŘOV IČO: DIČ: CZ energetický auditor: č.osvědčení 34 zapsaný v Seznamu energetických auditorů, podle 11 odst.1 písm. g) zákona č.406/2000 Sb. o hospodaření energií tel: , jiri.nezhoda@vsb.cz Předmět studie: Studie změny zásobování teplem obce Pražmo má cílem je zmapovat současný stav energetického hospodaření obce Pražmo, identifikuje potenciál energetických a environmentálních úspor při změně způsobu zásobování teplem a teplou vodou, navrhne energetický zdroj s přihlédnutím k místním podmínkám a možnostem financování. Zároveň zjistí zajištění dostatečného množství paliva pro navržený způsob vytápění. V úvahu připadá centralizovaný způsob vytápění: vybudování systému centralizovaného zásobování teplem pro zásobování objektů v majetku obce, bytových domů a rodinných domů. Výstupem studie bude stanovení optimální varianty způsobu zásobování teplem obce Pražmo. Ing. Jiří NEZHODA, Ph.D. VŠB TU Ostrava 2

3 Úvod Důvodem uvažované změny způsobu zásobování teplem obce Pražmo je především nutnost omezit produkci škodlivin z lokálních zdrojů na území obce. Záměrem energetické studie je navrhnout a posoudit různé koncepce budoucího zásobování obce Pražmo teplem, včetně posouzení vhodnosti vybudování centrálního systému zásobování teplem. Součástí koncepce je také vyhodnocení využití technologie využívající jako palivo biomasu v rámci budování nové centrální kotelny. Při navrhování jednotlivých variant bylo bráno v úvahu i vytvoření podmínek pro financování ze zdrojů z OPŽP případně dalších zdrojů. Ing. Jiří NEZHODA, Ph.D. VŠB TU Ostrava 3

4 1 VÝCHOZÍ PODMÍNKY Obec Pražmo se nachází 11 km jihovýchodně od města Frýdek Místek, rozloha 355 ha, přičemž 22 ha tvoří lesy, obec je součástí CHKO Beskydy. Obec Pražmo leží v kotlině, obklopené horskými hřebeny s rozsáhlými porosty. Střed obce leží v nadmořské výšce 435 m n.m. V zimním období se projevují výrazné inverzní situace s vysokým znečištěním ovzduší, především z lokálních zdrojů. Zástavba RD, bytových domů a provozoven se soustředila v údolí řeky Morávka, kde je většina budov. Obec má 989 obyvatel. Území obce bylo částečně plynofikováno. Vzhledem k nárůstu cen zemního plynu však proběhnul návrat k vytápění pevnými palivy i v již plynofikovaných objektech. Bytové domy jsou vytápěny z centrální plynové kotelny. Pro účel stavby nové centrální kotelny byly respektovány tyto technicko-ekonomické předpoklady: Znalost skutečné budoucí spotřeby tepla, odpovídající spotřebě při špičkovém a minimálním tepelném zatížení v ročních obdobích. Tím lze určit velikost a počet tepelných zdrojů. Volba druhu biopaliva, a to s ohledem na místní poměry využitím dřevní hmoty ve formě štěpky, pilin, energetických rostlin (šťovík, sláma) apod. Fytomasa se získá z vlastních zdrojů nebo z lesních a dřevařských závodů. Zajištění dodávek zvoleného paliva na předpokládanou životnost zařízení. Pro případ neplánovaného nedostatku původního paliva uvažovat o palivu náhradním. Po vyjasnění problematiky paliva je možno specifikovat typ spalovacího zařízení s vyhovující spalovací, příp. zplyňovací technologií výroby tepla. Volba způsobu dopravy a přípravy paliva a to od zdroje k uživateli, typ skládky a vlastní doprava k zařízení a způsob dávkování. Ekonomické zhodnocení nákladů investiční povahy a provozních nákladů. Splnění ekologických požadavků pro malé a střední zdroje znečištění ve smyslu legislativy ČR (emise, odpady). Finanční zajištění výstavby nové jednotky, vyžadující využití dotační politiky pro využívání obnovitelných zdrojů biomasy. Ing. Jiří NEZHODA, Ph.D. VŠB TU Ostrava 4

5 1.1 Správní členění a obyvatelstvo Název obce: Pražmo Kód obce: Rok založení: 1777 Celková rozloha : z toho lesní půda: 355 ha 224 ha Počet obyvatel: 989 Počet podnikatelských subjektů: 177 Počet bytových domů 12 (115 b.j.) Počet rodinných domů Podklady pro zpracování energetické studie - Územní energetická koncepce Moravskoslezského kraje, vydaná opatřením Krajského úřadu Moravskoslezského kraje č.j.: ŽPZ/7727/04 ze dne ; - Územní plán obce Pražmo - ÚPN VÚC Beskydy (T-PLAN Praha dokument byl schválen usnesením vlády České republiky č. 298 ze dne , včetně jeho schválené Změny č. 1 a 2; - Plán odpadového hospodářství Moravskoslezského kraje (FIFE, a.s., září 2003), schválený Zastupitelstvem Moravskoslezského kraje dne ; - Program snižování emisí a imisí znečišťujících látek do ovzduší Moravskoslezského kraje, vyhlášený nařízením Moravskoslezského kraje č. 1/2004; - Plán rozvoje vodovodů a kanalizací Moravskoslezského kraje (Sdružení firem KONEKO Ostrava, spol. s r.o. a VODING Hranice spol. s r.o., květen 2004), schválený Zastupitelstvem Moravskoslezského kraje dne ; - Znečištění ovzduší na území České republiky v roce tabelární přehled (Český hydrometeorologický ústav Praha, 2007); Ing. Jiří NEZHODA, Ph.D. VŠB TU Ostrava 5

6 1.3 Sídelní struktura Stávající struktura osídlení je dána dlouhodobým vývojem, který byl ovlivněn především přírodními podmínkami. Záměrem obce Pražmo je rozšíření možností výstavby zejména rodinných domů na nově vymezené zastavitelné plochy navazující na zastavěné území a zajištění jejich obsluhy z veřejné dopravní a technické infrastruktury. Obr. č. 1 Letecký pohled na obec PRAŽMO 1.4 Geografické a klimatické údaje Z regionálního pohledu náleží obec do provincie Západní Karpaty, oblast Západobeskydského podhůří Frýdecká pahorkatina. Obec Pražmo leží v bývalém okrese Frýdek - Místek v oblasti na přechodu mezi podnebím oceánským a vnitrozemským a má vyrovnané vlivy pevninského a oceánského podnebí. Klimatické podmínky jsou ovlivňovány rozsáhlým horským masivem Beskyd a jeho směrem napříč větrům, které přinášejí srážky. Převážná část území okresu je na návětrné straně Beskyd a patří mezi nejdeštivější oblasti v celé České republice. 1.5 Směr a rychlost větru Směr a rychlost větru jsou dominujícími meteorologickými charakteristikami, které mají rozhodující podíl na stabilitě přízemní vrstvy atmosféry a na transportu cizorodých látek obsažených v troposféře. Podílí se na difúzi lokálního měřítka i na transportu škodlivin globálního charakteru. Převládající proudění přichází ze západních směrů, což je dáno zejména geografickým uspořádáním krajiny. Druhým převládajícím směrem je proudění Ing. Jiří NEZHODA, Ph.D. VŠB TU Ostrava 6

7 z východu. Bezvětří je zastoupeno 4,5 % a je obdobím, kdy dochází ke zhoršeným rozptylovým podmínkám. Tab. č. 1 Roční chod relativních četností větru v % za období Stanice Lučina Žermanice. Směr I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Rok S 10,3 12,5 11,2 15,0 14,4 14,7 13,6 11,9 11,0 10,5 11,5 10,9 12,3 SV 7,7 13,1 13,0 12,6 13,8 12,2 9,1 9,2 9,6 10,0 9,0 7,7 10,6 V 3,1 6,0 6,6 6,7 8,2 6,5 4,6 5,1 3,8 5,0 2,8 3,3 5,1 JV 9,2 9,8 8,9 9,5 9,5 8,5 8,2 8,5 8,2 8,9 4,9 5,6 8,3 J 10,9 10,7 13,1 13,4 12,8 11,1 12,4 15,0 14,8 14,6 12,1 10,3 12,6 JZ 34,3 25,5 28,1 22,6 20,3 22,6 26,4 29,2 30,6 29,3 36,9 38,2 28,7 Z 10,0 8,0 7,0 6,4 5,2 7,0 8,4 6,2 7,5 8,8 10,7 9,0 7,9 SZ 10,3 10,5 8,3 9,7 10,8 12,4 13,2 8,8 9,6 7,2 9,0 9,5 10,0 Klid 402 3,9 3,8 4,1 5,0 5,0 4,1 6,1 4,9 5,7 3,1 4,6 4,5 1.6 Naměřené klimatické údaje Následující charakteristiky byly získány zpracováním údajů ze stanic Českého hydrometeorologického ústavu. Průměrná roční teplota se pohybuje kolem 8,0 C. Průměrná měsíční teplota v prosinci dosahuje -0,5 C a prosinec je nejchladnějším měsícem roku. Naopak nejteplejším měsícem roku za celé sledované období je červenec, jehož průměrná měsíční teplota se pohybovala okolo 17,3 C. Tab. č. 2 Klimatické údaje za období Stanice Lučina Žermanice I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII SM/PR Max.T 13,6 19,0 23,7 27,4 30,5 33,3 34,0 33,9 32,3 26,6 20,9 18,2 Min.T -30,5-29,6-27,7-9,1-3,8 0,8 4,0 1,9-3,4-6,6-17,5-26,4 Prům.T -2,6 +1,0 3,0 7,9 12,9 15,9 17,3 17,0 13,5 9,0 3,8-0,5 8,0 Srážky 35,8 37,2 39,9 59,2 99,4 117,8 117,9 103,3 70,2 48, ,5 829 Sl.svit 21,0 37,2 59,3 80,2 112,1 97,2 113,5 107,7 76,1 68,1 31,0 20,1 68,6 Vysvětlivky: T teplota ( C), srážky - (mm), SM roční úhrn (srážky), PR roční průměr (teplota, sluneční svit) 1.7 Spotřeba paliv a energie výchozí stav roku 2007 Odvozená data jedná se nesledované údaje, které byly získány modelově na základě předem definovaných předpokladů a zjednodušení (např. spotřeba paliv v lokálních topeništích). Úprava vstupních údajů spočívala především v analýze a nastavení příslušných vazeb souvisejících údajů. Po analýze úplnosti kvality datových podkladů bylo rozhodnuto, že jako výchozí rok bude použit rok Celková dodávka paliv a energie byla klíčována (dělena) na dodávku použitou pro otop (vytápění), dodávku pro ohřev TUV a dodávku pro ostatní účely (technologie). Ing. Jiří NEZHODA, Ph.D. VŠB TU Ostrava 7

8 2 BILANCE SPOTŘEBY PRVOTNÍCH ENERGETICKÝCH ZDROJŮ 2.1 Analýza spotřebitelských systémů V této kapitole je provedena analýza spotřebitelských systémů a analýzy vývoje těchto sektorů a v členění: bytová sféra, občanská vybavenost, podnikatelský sektor a kvantifikace jejich energetických nároků. 2.2 Bytová sféra Údaje o domovním a bytovém fondu jsou nezbytnými podklady pro dopočet spotřeby paliv a energie v lokálních topeništích. Byla analyzovaná struktura a stáří domovního bytového fondu, způsob vytápění bytů a domů, způsob přípravy TUV a vývoj v bytové výstavbě. Struktura domovního a bytového fondu obce Pražmo, způsob vytápění bytů Trvale obydlené byty (děleno dle charakteru domu ) počet trvale obydlených bytů bytové domy rodinné domy ostatní budovy Počet bytů dle charakteru domu a způsobu vytápění počet bytů Rodinné domy Bytové domy uhli dřevo elektřina plyn Ing. Jiří NEZHODA, Ph.D. VŠB TU Ostrava 8

9 Spotřeba energie na vytápění a přípravu TUV v bytové sféře roční spotřeba tepla [GJ] Bytové domy Teplá voda Vytápění Rodinné domy Z výše uvedených grafů je patrné, že: Z celkového počtu 287 bytových jednotek na území obce Pražmo je 42 % bytů v bytových domech. V celkovém počtu 135 domů pro bydlení převažují rodinné domy. 67 % bytových domů je vybaveno ústředním vytápěním a v roce 2007 bylo lokálně vytápěno 58 % domácností. Bilanční jednotkou, pro kterou byla vypočtena spotřeba paliv a energie v domácnostech / bytové sféře je obec. 2.3 Současná spotřeba paliv a energie v bytové sféře Spotřeba paliv a energie v sektoru bydlení (v domácnostech) je vyvolána především spotřebou na otop, ohřev teplé vody užitkové (TUV) a na ostatní účely, jakými je vaření a spotřeba nezáměnné elektřiny na osvětlení, el. spotřebiče apod. Podíl spotřeby na TUV a ostatní ve spotřebě stoupá s klesající spotřebou na vytápění, protože jejich spotřeba není předurčena tepelně technickými vlastnostmi objektů, ale počtem členů domácnosti. Výstupy analýzy užití jednotlivých druhů paliv energie na uvedené účely v obci Pražmo je uveden na následujících grafech. Počet bytů dle charakteru domu a způsobu vytápění počet bytů Rodinné domy Bytové domy ústřední etážové kamna Ing. Jiří NEZHODA, Ph.D. VŠB TU Ostrava 9

10 Energetické nároky sektoru bydlení celkem GJ/rok zemní plyn 47% uhli 23% elektřina 7% dřevo 23% Téměř polovina domácností v Pražmě je zásobována teplem pro vytápění a přípravu TUV z centrální plynové kotelny, jedná se především o bytové domy. Území obce bylo z částečně již plynofikováno, ale vzhledem k nárůstu cen zemního plynu však hrozí návrat k vytápění pevnými palivy i v již plynofikovaných rodinných domech. 2.4 Podnikatelský a terciární sektor Tab. č. 3 Organizační formy podnikání v obci Pražmo: Počet subjektů celkem 177 podle Zemědělství, lesnictví, rybolov 53 převažující Průmysl 20 činnosti Stavebnictví 17 Doprava a spoje 4 Obchod, prodej a opravy motorových vozidel a spotřebního zboží a pohostinství 51 Ostatní obchodní služby 22 Veřejná správa, obrana, povinné sociální pojištění 2 Školství a zdravotnictví 1 Ostatní veřejné, sociální a osobní služby 7 Zdroj: Databáze ČSU pro rok 2007 Energetické nároky podnikatelského a terciálního sektoru celkem GJ/rok zemní plyn 52% uhli 9% elektřina 14% dřevo 25% Ing. Jiří NEZHODA, Ph.D. VŠB TU Ostrava 10

11 2.5 Zhodnocení vlivu energetického systému na životní prostředí Roční množství emisí sledovaných látek bylo pro zdroje znečištění zjištěno zpracováním údajů Registru zdrojů znečištění ovzduší (REZZO) a příslušných emisních faktorů. Byly stanoveny emisní faktory sledovaných látek (tuhé, SO 2, NO x, CO a C x H y ). Zhodnocení vlivu energetických systémů v obci na životní prostředí je zpracováno v následující tabulce: Tab. č. 4 Vliv energetických systémů na ovzduší obci Pražmo: Emise znečišťujících látek v t/rok rok 2007 Zdroj Tuhé látky SO 2 NO x C x H y CO sektor bydlení 6,60 4,86 1,43 4,00 17,60 podnikatelský sektor 0,42 0,31 0,09 0,26 1,12 Celkem 7,02 5,16 1,52 4,25 18,72 Roční množství emisí sledovaných látek Množství emisí [t/rok] 20,00 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 podnikatelský sektor sektor bydlení Tuhé látky SO2 NOx CxHy CO Ing. Jiří NEZHODA, Ph.D. VŠB TU Ostrava 11

12 3 NÁVRH OPATŘENÍ PRO SNÍŽENÍ EMISÍ ŠKODLIVIN 3.1 Individuální změna způsobu vytápění v jednotlivých rodinných domech Výchozí stav a předpoklady Porovnání jednotlivých způsobů vytápění a přípravy TUV pro typický rodinný dům je zpracováno na základě dále uvedených předpokladů. Rodinný dům je stávající se dvěma nadzemními a jedním podzemním podlažím. Počet obyvatel rodinného domu je pět. V každém nadzemním podlaží se nachází jedna bytová jednotka se shodným dispozičním uspořádáním (dva pokoje, předsíň, sociální zařízení, kuchyně). V podzemním podlaží se nachází kotelna, místnost pro uložení paliva a další příslušenství (sušárna, dílna, případně garáž). Zdrojem tepla pro vytápění a přípravu teplé užitkové vody v topném období je kotel na tříděné hnědé uhlí. Vytápění objektu je teplovodní, v každé místnosti nadzemního podlaží se nachází jedno topné těleso, dvě tělesa jsou uvažována rovněž v podzemním podlaží pro temperování příslušenství (celkem 12 topných těles). Teplá užitková voda je připravována ve dvou kombinovaných zásobníkových ohřívačích (0,12 m 3 na každém nadzemním podlaží), v topném období ohřev převážně topnou vodou ze systému vytápění, mimo topné období ohřev pouze elektrickou energií. Pro porovnání je uvažováno s následujícími potřebami tepla pro vytápění a přípravu TUV. Ing. Jiří NEZHODA, Ph.D. VŠB TU Ostrava 12

13 Předpoklady pro odvození spotřeby hnědého uhlí a elektrické energie jsou následující. Výhřevnost hnědého uhlí: 18,4 MJ/kg Účinnost ohřevu TUV: 80 % Účinnost uhelného kotle: 65 % Spotřeba tepla v palivu hnědé uhlí: 173,3 GJ, tj. 9,4.103 kg Spotřeba elektrické energie: 12,4 GJ Formulace variant Kategorie ozn. Varianta Palivo 0 Hnědé uhlí spalované ve stávajícím kotli hnědé uhlí tříděné HU A. Hnědé uhlí spalované v moderním objektovém kotli hnědé uhlí tříděné B. Biomasa na bázi pelet spalovaná v objektovém kotli dřevěné pelety C. Biomasa na bázi briket spalovaná v objektovém kotli dřevěné brikety Biomasa D. Biomasa na bázi dřeva spalovaná v objektovém kotli kusové dřevo E. Černé uhlí spalované v objektovém kotli černé uhlí ČU, Koks F. Koks spalovaný v objektovém kotli koks Tepelná čerpadla G. H. Tepelné čerpadlo voda - voda v kombinaci s elektrokotlem Tepelné čerpadlo vzduch - voda v kombinaci s elektrokotlem teplo z podzemní vody + el. energie teplo ze vzduchu + el. energie I. Tepelné čerpadlo země-voda v kombinaci s elektrokotlem teplo ze země + el. energie J. Zemní plyn spalovaný v objektovém kotli zemní plyn K. Propan - butan (LPG) spalovaný v objektovém kotli propan butan ( LPG) ZP,LPG, LTO L. extralehký nízkosírný topný Extralehký nízkosírný olej spalovaný v objektovém kotli olej M. Elektrokotel bez akumulace tepla elektrická energie N. Elektrokotel s akumulací tepla elektrická energie Elektrická O. Elektrické přímotopné vytápění elektrická energie energie P. Elektrické akumulační vytápění Ing. Jiří NEZHODA, Ph.D. VŠB TU Ostrava 13

14 3.1.3 Varianty změn vytápění Jsou uvažovány následující varianty změn vytápění, které jsou dále popsány podrobněji. A Hnědé uhlí spalované v objektovém kotli Teplovodní systém vytápění zůstává zachován. Beze změny zůstává rovněž způsob přípravy TUV. Stávající uhelný kotel bude demontován a nahrazen kotlem na spalování hnědého uhlí se zásobníkem umožňujícím automatický provoz. B - Biomasa na bázi pelet spalovaná v objektovém kotli Teplovodní systém vytápění zůstává zachován. Beze změny zůstává rovněž způsob přípravy TUV. Stávající uhelný kotel bude demontován a nahrazen kotlem na spalování dřevěných pelet se zásobníkem umožňujícím automatický provoz. C - Biomasa na bázi briket spalovaná v objektovém kotli Teplovodní systém vytápění zůstává zachován. Beze změny zůstává rovněž způsob přípravy TUV. Stávající uhelný kotel bude demontován a nahrazen kotlem na spalování dřevěných briket. D - Biomasa na bázi dřeva spalovaná v objektovém kotli Teplovodní systém vytápění zůstává zachován. Beze změny zůstává rovněž způsob přípravy TUV. Stávající uhelný kotel bude demontován a nahrazen kotlem na spalování dřeva. E - Černé uhlí spalované v objektovém kotli Teplovodní systém vytápění zůstává zachován. Beze změny zůstává rovněž způsob přípravy TUV. Stávající uhelný kotel bude demontován a nahrazen kotlem na černého uhlí. F - Koks spalovaný v objektovém kotli Teplovodní systém vytápění zůstává zachován. Beze změny zůstává rovněž způsob přípravy TUV. Stávající uhelný kotel bude demontován a nahrazen kotlem na koks. G - Tepelné čerpadlo voda - voda v kombinaci s elektrokotlem Teplovodní systém vytápění zůstává zachován, s ohledem na snížení jmenovitých parametrů z 90/70 C na 55/45 C budou odpovídajícím způsobem posíleny plochy topných těles, resp. topný systém bude zcela rekonstruován (výměna rozvodů tepla a topných těles). K ohřevu TUV bude využívána topná voda připravovaná tepelným čerpadlem. Stávající uhelný kotel bude demontován a v prostoru kotelny bude instalováno tepelné čerpadlo voda - voda s příslušenstvím a elektrokotel pro krytí špičkové potřeby tepla. Zdrojem tepla pro tepelné čerpadlo bude podzemní voda, sací a vratná studna budou vybudovány na pozemku rodinného domu. Elektrická přípojka rodinného domu bude posílena, je předpokládána dostatečná kapacita veřejného rozvodu el. energie. H - Tepelné čerpadlo vzduch-voda v kombinaci s elektrokotlem Teplovodní systém vytápění zůstává zachován, s ohledem na snížení jmenovitých parametrů z 90/70 C na 55/45 C budou odpovídajícím způsobem posíleny plochy topných těles, resp. topný systém bude zcela rekonstruován (výměna rozvodů tepla a topných těles). K Ing. Jiří NEZHODA, Ph.D. VŠB TU Ostrava 14

15 ohřevu TUV bude využívána topná voda připravovaná tepelným čerpadlem, v době nízkých teplot venkovního vzduchu bude TUV ohřívána elektrokotlem. Stávající uhelný kotel bude demontován a v prostoru kotelny bude instalováno tepelné čerpadlo vzduch - voda s příslušenstvím (výparník bude umístěn vně objektu) a elektrokotel pro krytí celkové potřeby tepla a TUV. Zdrojem tepla pro tepelné čerpadlo bude venkovní vzduch. Elektrická přípojka rodinného domu bude posílena, je předpokládána dostatečná kapacita veřejného rozvodu el. energie. I - Tepelné čerpadlo země-voda v kombinaci s elektrokotlem Teplovodní systém vytápění zůstává zachován, s ohledem na snížení jmenovitých parametrů z 90/70 C na 55/45 C budou odpovídajícím způsobem posíleny plochy topných těles, resp. topný systém bude zcela rekonstruován (výměna rozvodů tepla a topných těles). K ohřevu TUV bude využívána topná voda připravovaná tepelným čerpadlem. Stávající uhelný kotel bude demontován a v prostoru kotelny bude instalováno tepelné čerpadlo země - voda s příslušenstvím a elektrokotel pro krytí špičkové potřeby tepla. Zdrojem tepla pro tepelné čerpadlo budou zemní vrty na vybudované na pozemku rodinného domu. Elektrická přípojka rodinného domu bude posílena, je předpokládána dostatečná kapacita veřejného rozvodu el. energie. J - Zemní plyn spalovaný v objektovém kotli Teplovodní systém vytápění zůstává zachován. Stávající uhelný kotel bude demontován a nahrazen kotlem na spalování zemního plynu s připojeným zásobníkem TUV. Předpokládána je existence středotlakého rozvodu zemního plynu s dostatečnou kapacitou na hranici pozemku rodinného domu. Bude instalován domovní regulátor tlaku plynu a přípojka zemního plynu na pozemku rodinného domu a provedeny další potřebné úpravy (vložkování komína). K - Propan-butan (LPG) spalovaný v objektovém kotli Teplovodní systém vytápění zůstává zachován. Stávající uhelný kotel bude demontován a nahrazen kotlem na spalování propan - butanu s připojeným zásobníkem TUV. Na pozemku rodinného domu bude instalován zásobník na propan - butan s příslušenstvím a provedeny další potřebné úpravy (vložkování komína). L - Extralehký nízkosirný olej spalovaný v objektovém kotli Teplovodní systém vytápění zůstává zachován. Stávající uhelný kotel bude demontován a nahrazen kotlem na spalování extralehkého nízkosirného topného oleje s připojeným zásobníkem TUV. V prostoru místnosti na uložení paliva bude instalováno olejové hospodářství a provedeny další potřebné úpravy (vložkování komína). M - Elektrokotel bez akumulace tepla Teplovodní systém vytápění zůstává zachován. Beze změny zůstává rovněž způsob přípravy TUV. Stávající uhelný kotel bude demontován a nahrazen elektrokotlem. Elektrická přípojka rodinného domu bude posílena, je předpokládána dostatečná kapacita veřejného rozvodu el. energie. N - Elektrokotel s akumulací tepla Teplovodní systém vytápění zůstává zachován. Beze změny zůstává rovněž způsob přípravy TUV. Stávající uhelný kotel bude demontován a nahrazen elektrokotlem s vodními Ing. Jiří NEZHODA, Ph.D. VŠB TU Ostrava 15

16 akumulačními nádržemi. Elektrická přípojka rodinného domu bude posílena, je předpokládána dostatečná kapacita veřejného rozvodu el. energie. O - Elektrické přímotopné vytápění Stávající systém vytápění bude demontován (topná tělesa, rozvody tepla, uhelný kotel) a nahrazen přímotopnými elektrickými panely. Beze změny zůstává rovněž způsob přípravy TUV. Elektrická přípojka rodinného domu bude posílena, je předpokládána dostatečná kapacita veřejného rozvodu el. energie. P - Elektrické akumulační vytápění Stávající systém vytápění bude demontován (topná tělesa, rozvody tepla, uhelný kotel) a nahrazen elektrickými akumulačními kamny. Beze změny zůstává rovněž způsob přípravy TUV. Elektrická přípojka rodinného domu bude posílena, je předpokládána dostatečná kapacita veřejného rozvodu el. energie. Ing. Jiří NEZHODA, Ph.D. VŠB TU Ostrava 16

17 3.1.4 Hodnocení variant: ozn. 0 A. B. C. D. E. Varianta Hnědé uhlí spalované ve stávajícím kotli Hnědé uhlí spalované v moderním objektovém kotli Biomasa na bázi pelet spalovaná v objektovém kotli Biomasa na bázi briket spalovaná v objektovém kotli Biomasa na bázi dřeva spalovaná v objektovém kotli Černé uhlí spalované v objektovém kotli Tuhé látky t/rok SO 2 t/rok NO X t/rok CO t/rok CxHy t/rok CO2 t/rok Spotř. paliv GJ/rok Ing. Jiří NEZHODA, Ph.D. VŠB TU Ostrava 17 Spotř. el.en. GJ/rok Spotř. energie celkem GJ/rok Inv. nákl. tis.kč/r Paliv. nákl. tis.kč/r. Ost. nákl. tis.kč/r. Roční výr. nákl. tis.kč/r. 0,08 0,17 0,03 0,42 0,08 14,71 173,3 13,4 186,7 0,0 18,6 1,1 19,7 0,06 0,14 0,03 0,29 0,07 12,29 142,6 13,4 156,0 75,0 13,4 1,1 24,3 0,10 0,02 0,03 0,01 0,01 13,53 140,8 13,4 154,2 105,0 31,3 1,1 46,2 0,11 0,02 0,03 0,01 0,01 14,40 146,3 13,4 159,7 31,0 33,1 1,1 38,3 0,13 0,02 0,04 0,01 0,01 17,10 150,2 13,4 163,6 31,0 14,2 1,1 19,4 0,04 0,08 0,01 0,23 0,05 12,57 146,3 13,4 159,7 29,0 22,8 1,1 27,7 F. Koks spalovaný v objektovém kotli 0,01 0,09 0,01 0,25 0,05 13,39 146,3 13,4 159,7 29,0 29,6 1,1 34,5 G. H. I. J. K. L. Tepelné čerpadlo voda-voda v kombinaci elektrokotlem Tepelné čerpadlo vzduch-voda v kombinaci s elektrokotlem Tepelné čerpadlo země-voda v kombinaci s elektrokotlem Zemní plyn spalovaný v objektovém kotli Propan- butan (LPG) spalovaný v objektovém kotli Extralehký nízkosírný olej spalovaný v objektovém kotli 0,00 0,03 0,02 0,00 0,00 3,59 0,0 45,6 45,6 455,0 15,6 1,4 76,9 0,00 0,04 0,03 0,00 0,00 5,02 0,0 63,8 63,8 480,0 22,1 0,8 86,0 0,00 0,03 0,02 0,00 0,00 4,03 0,0 51,2 51,2 590,0 17,4 1,4 96,4 0,00 0,00 0,01 0,00 0,00 3,54 140,4 1,2 141,6 85,0 32,3 1,5 45,0 0,00 0,00 0,01 0,00 0,00 9,32 140,4 1,2 141,6 130,0 64,8 1,5 83,3 0,01 0,01 0,03 0,00 0,00 10,69 143,7 1,2 144,9 130,0 44,8 1,5 63,4 M. Elektrokotel bez akumulace tepla 0,00 0,08 0,06 0,00 0,00 9,85 0,0 125,0 125,0 35,0 54,2 0,0 58,8 N. Elektrokotel s akumulací tepla 0,00 0,08 0,06 0,00 0,00 10,35 0,0 131,4 131,4 230,0 36,4 0,0 66,7 O. Elektrické přímotopné vytápění 0,00 0,08 0,06 0,00 0,00 9,85 0,0 125,0 125,0 80,0 54,2 0,0 64,8 P. Elektrické akumulační vytápění 0,00 0,08 0,06 0,00 0,00 9,93 0,0 126,0 126,0 280,0 35,3 0,0 72,1

18 3.1.5 Pořadí variant : ozn. Varianta Tuhé látky t/rok SO2 t/rok NOX t/rok CO t/rok VOC t/rok CO2 t/rok Spotř. paliv GJ/rok Spotř. el.en. GJ/rok Spotř. energie celkem GJ/rok Inv. nákl. tis.kč/r Paliv. nákl. tis.kč/r. Ost. nákl. tis.kč/r. 0 Hnědé uhlí spalované ve stávajícím kotli A. Hnědé uhlí spalované v moderním objektovém kotli B. Biomasa na bázi pelet spalovaná v objektovém kotli C. Biomasa na bázi briket spalovaná v objektovém kotli D. Biomasa na bázi dřeva spalovaná v objektovém kotli E. Černé uhlí spalované v objektovém kotli F. Koks spalovaný v objektovém kotli G. Tepelné čerpadlo voda-voda v kombinaci elektrokotlem H. Tepelné čerpadlo vzduch-voda v kombinaci s elektrokotlem I. Tepelné čerpadlo země-voda v kombinaci s elektrokotlem J. Zemní plyn spalovaný v objektovém kotli K. Propan- butan (LPG) spalovaný v objektovém kotli L. Extralehký nízkosírný olej spalovaný v objektovém kotli M. Elektrokotel bez akumulace tepla N. Elektrokotel s akumulací tepla O. Elektrické přímotopné vytápění P. Elektrické akumulační vytápění Roční výr. nákl. tis.kč/r. Ing. Jiří NEZHODA, Ph.D. VŠB TU Ostrava 18

19 Porovnání variant z hlediska pokrytí energetických potřeb Porovnání emisí variant Ing. Jiří NEZHODA, Ph.D. VŠB TU Ostrava 19

20 3.2 Vybudování centrálního zásobování teplem Výchozí stav a předpoklady Při řešení volby druhu rozvodné tepelné sítě byla pozornost zaměřena na problematiku: a) správné volby teplonosné látky, b) vlivu tepelných zdrojů, c) vlivu spotřebičů, d) nárokům na finanční zdroje, e) provozní spolehlivosti a nákladovosti, f) tepelným ztrátám, statickým a hydraulickým podmínkám. Při rozhodování o druhu teplonosné látky připadá v zásadě k řešení, zda má být tepelná síť teplovodní nebo parní. Oba druhy teplonosného média mají své výhody a nevýhody a je tedy třeba vždy uvážit výhodnost zvoleného média ze všech systémových hledisek. Obecně je však možné konstatovat, že pro zásobování čistě bytově - komunálních lokalit malého rozsahu je výhodnější navrhovat rozvody na bázi teplé vody, které pracují s vodou o teplotě C. Parní rozvody je možné doporučit především v systémech, kde převažuje technologická spotřeba vyžadující značné objemy tepla o vyšších teplotních parametrech. Důležitý aspekt při volbě rozvodové sítě sehrává i terénní profil, neboť u rozvodů se značnými výškovými rozdíly je v mnoha případech i pro bytově - komunální sektor výhodné realizovat parní rozvody. Z hlediska provedení teplovodů lze preferovat dvoutrubkové provedení z předizolovaného potrubí a to buď paprskovité nebo okružní, ovšem podložené ekonomickou výhodností. Předávací stanice, jež tvoří spojovací článek mezi primární sítí a vnitřními rozvody v domech, sloužící k transformaci parametrů teplonosné látky na hodnoty vhodné pro užití v odběratelské soustavě lze v zásadě volit dva způsoby připojení: - tlakově závislé, - tlakově nezávislé. Pro bytově - komunální sféru obecně upřednostňujeme tlakově nezávislé předací stanice. Pro zásobované objekty lze doporučit dvoustupňový rychloohřev v deskových výměnících s pasivní akumulační nádobou bez cirkulace TUV. Pro větší počet uživatelů TUV pak lze doporučit dvoustupňový rychloohřev bez akumulace ale s cirkulací TUV Návrh řešení Tepelná síť bude řešena jako předizolovaný, sdružený dvoutrubkový potrubní systém v bezkanálovém provedení s topným médiem (teplá voda) o parametrech 110/70 C a max. přetlakem 1,0 MPa. Tyto parametry jsou určeny především pro zimní, tedy topné období. Dle provozních podmínek kotelny je možno snížit teplotní spád v letním období, (tj. v případě otopu pouze TUV), na parametry 90/60 C. V jednotlivých odběrných místech (domech) budou instalovány tlakově nezávislé domovní předávací stanice. Hlavním úkolem Ing. Jiří NEZHODA, Ph.D. VŠB TU Ostrava 20

21 předávacích stanic je zajistit úpravu parametrů dodaného teplonosného média na parametry vyhovující konečným uživatelům. Po této úpravě je teplonosné médium dopravováno systémy ústředního vytápění a rozvody teplé vody konečným uživatelům rodinných domech. Předpokládaná páteřní trasa centralizovaného zásobování teplem obce Pražmo Ing. Jiří NEZHODA, Ph.D. VŠB TU Ostrava 21

22 Parametry teplovodní sítě Teplotní spád 110/70 C Maximální přetlak 1 MPa Dimenze předizolovaného potrubí DN 25 - DN 150 Předpokládaná délka páteřního teplovodu (včetně cirkulace) m Předpokládaná délka přípojek (100 % připojení) m Délka teplovodních rozvodů celkem m Počet stanic v rodinných domech max. 120 stanic Počet stanic pro bytové domy 1 centrální stanice Investiční náklady pro systém centralizovaného zásobování teplem obce Pražmo: projekt ,- rozvody a zemní práce páteřní teplovod ,- rozvody a zemní práce přípojky ,- domovní předávací stanice RD ,- předávací stanice ostatní ,- CELKEM ,- Tab. č. 5 Přehled potřeb tepla Druh odběru Celkové odběry - zima [kw] [GJ] Vytápění bytových objektů Vytápění rodinných domů Občanská vybavenost Součet Tab. č. 6 Přehled potřeb tepla Druh odběru Celkové odběry léto [kw] [GJ] Příprava TUV bytových objektů Příprava TUV rodinných domů Příprava TUV Občanská vybavenost - - Součet Tab. č. 7 Přehled potřeb tepla Druh odběru Celková potřeba [GJ] Vytápění Ohřev TUV Tepelné ztráty sítí Tepelné ztráty předávacích stanic 853 Dodávka tepla do sítě CZT Ing. Jiří NEZHODA, Ph.D. VŠB TU Ostrava 22

23 4 HODNOCENÍ VYUŽITELNOSTI ALTERNATIVNÍCH ZDROJŮ ENERGIE 4.1 Biomasa V současné době je biomasa podle dostupnosti v oblasti posuzované lokality představována hlavně dřevnými odpady a slámou ze zemědělských kulturních plodin. U dřevných odpadů se jedná především o energetickou štěpky, přepravovanou ze zdrojů výskytu do místa využití velkoobjemovými dopravními prostředky ve volně sypané formě. U slámy se bude jednat v plné míře o slámu řepkovou, kukuřičnou a u slámy z obilnin se jedná o část produkovaného objemu nevyužitého pro živočišnou zemědělskou výrobu. Jako nejvhodnější forma pro přepravu této biomasy se jeví velkoobjemové balíky, tvořené lisováním při sběru slámy na poli. Kvalita (výhřevnost) uvedených paliv je ve významné míře ovlivněna jejich vlhkostí. Proto by měla být tato paliva zásadně skladována v zakrytých skladech s delší dobou uložení. Díky krytému uskladnění se zabránění vlhnutí a naopak se umožní vysýchání obilovin Využití dřeva k energetickým účelům Dřevní odpady rozdělujeme podle místa zpracování dřevní hmoty na: - lesní dřevní odpad, - průmyslový dřevní odpad. Lesní dřevní odpad vzniká přímo v místě těžby (větve, špičky stromů, prořezávky) a většinou zůstává v lese a nevyužívá se. Tento lesní dřevní odpad je vhodný ke štěpkování. Štěpkování by se mělo provádět v místě těžby dřeva, aby byla z lesa dopravována spalitelná štěpka a tím se snížily ztráty dopravou lesního dřevního odpadu, které jsou dnes hlavní příčinou nevyužití lesního dřevního odpadu. Množství tohoto lesního dřevního odpadu lze odhadnout podílem těžby: 8 % v mýtné těžbě jehličnaté 12 % v mýtné těžbě listnaté 20 % v předmýtné těžbě jehličnaté i listnaté 3 m 3 /ha z prořezávek. Průmyslový dřevní odpad vzniká na pilách a v závodech na zpracování dřevní hmoty. Jde převážně o piliny, odřezky, štěpky a dřevný prach. Množství nezpracovatelných zbytků dřevní hmoty je různé podle druhu zpracovávaného dřeva, způsobu zpracování a lze ho odhadnout takto, že z 1 m 3 prořezané dřevní hmoty je: 13 až 18 % pilin 12 až 15 % odřezků 2 až 4 % rozprachu Tab č. 9 Přehled energetického potenciálu dřevní hmoty v rámci okresu Frýdek Místek Plocha lesů Těžba dřeva včetně Dřevní odpad a Energetický Reálný energetický těžby nahodilé palivové dřevo potenciál potenciál ha b.k. [m 3 ] t/rok GJ/rok GJ/rok Ing. Jiří NEZHODA, Ph.D. VŠB TU Ostrava 23

24 Tab. č. 10 Cena energetické štěpky Kč/t Přibližován S 10% Sběr zbytků Štěpkování Doprava 1 Sklad mezisoučet Doprava 2 Celkem í ziskem Veřejně prospěšná organizace (školní závod) Malý dodavatel (komunální podnik) Střední dodavatel (lesní závod) Velkododavatel (lesní závod) Využití obilovin pro energetické účely Sláma zemědělských kulturních plodin, zejména obilovin a řepky, tvoří významný a nadějný zdroj biomasy pro energetické účely. Používá se sláma obilovin, kukuřice, řepky, pícnin pěstovaných na semeno, nekvalitní suché seno. Lisuje se do malých balíků, velkých válcových nebo hranatých balíků, briket nebo pelet. Spotřeba energie na tvarování slámy nepřesahuje 5 % energetického potenciálu slámy. Topeniště na spalování slámy musí být přizpůsobeno vysoké rychlosti zplyňování materiálu, musí zachytit vyšší podíl popela a zamezit usazeninám na roštových a teplosměnných plochách. Až 10 % popela ze slámy ulétává do komína a ten je třeba zachytit v odlučovačích. Tab. č. 11 Množství sklizně jednotlivých zemědělských plodin v rámci okresu Frýdek Místek. Obilovina Obiloviny Pšenice Ječmen Ostatní Kukuřice Řepka t/rok t/rok t/rok t/rok t/rok t/rok Tab. č. 12 Množství slámy dle poměru zrna ke slámě. Plodina Poměr zrno:sláma pšenice 1:1,85 žito 1:1,7 ječmen 1:0,8 oves 1:1,4 kukuřice na zrno 1:1,2 řepka olejná 1:1,2-1,8 Z hodnot uvedených v předchozích dvou tabulkách bylo stanoveno množství využitelného energetického potenciálu zemědělské slámy v rámci okresu Frýdek - Místek, které je uvedeno v následující tabulce: Ing. Jiří NEZHODA, Ph.D. VŠB TU Ostrava 24

25 Tab. č. 13 využitelný energetický potenciál Obilovina Pšenice Ječmen Ostatní Kukuřice Řepka t/rok t/rok t/rok t/rok t/rok Využitelný reálný energetický potenciál z uvedeného množství je GJ/rok. Množství reálného potenciálu bylo stanoveno na 25 % celkového potenciálu s ohledem na svozové vzdálenosti a koncentraci slámy a její využívání pro krmné účely. Tab č. 14 Cena energetické slámy Kč/t (při dopravě do 15 km) hodn. slámy nákl. lis nákl. doprava cena sklad doprava cena zisk 10% cena Kč/t Kč/t Kč/t Kč/t Kč/t Kč/t Kč/t Kč/t Kč/t Využití rychlerostoucích energetických plodin Potencionálním, ale zatím jen omezeně využívaným zdrojem biopaliv jsou cíleně pěstované energetické rostliny Energetické dřeviny Z dřevin je nejznámější topol černý a balzámový, případně další topoly a jejich hybridy. Rovněž vrby přinášejí dobré výsledky. Z ostatních druhů, které jsou dosti přizpůsobivé, ale také méně výnosné, je možné jmenovat akát, olši, osiku i břízu. V současné době není však tento způsob získávání palivového dřeva u nás obvyklý Energetické rostliny Jako nejvýhodnější energetická rostlina se v našich podmínkách jeví vytrvalý šťovík "Uteuša", který je možno pěstovat na plantážích o minimálně 15-tileté životnosti s výnosy 20 t sušiny/ha a více. Bude však nutno hlouběji propracovat technologii pěstování, ošetřování a zvláště pak vyvinout chybějící mechanizaci, zejména sklizňové stroje, aby bylo možné předpokládané množství biomasy získat. Plantáže energetických rostlin je možno zakládat nejen na zemědělské půdě nepotřebné pro pěstování potravinářských plodin, ale i na antropogenních půdách. Ing. Jiří NEZHODA, Ph.D. VŠB TU Ostrava 25

26 Tab. č. 15 Výnosy suché hmoty jednoletých plodin v t/ha na zemědělské a antropogenní půdě Antropogenní půda Plodina Zemědělská půda Důlní výsypka Složiště popele Převrstvení zeminou Zapravený popel proso 7,1 7,65 11,32 8,43 konopí 8,06 16,6 8,06 7,51 Hyso 10,33 10,66 10,57 14,02 čirok zrnový 8,89 8,22 10,39 11,5 čirok cukrový 10,51 12,49 20,55 17,35 súdánská tráva 8,7-10,62 14,02 Významně produktivnější než rostliny jednoleté jsou vytrvalé rostliny viz. následující tabulka. Výnosy suché hmoty t/ha vytrvalých či víceletých rostlin Tab. č. 15 Výnosy suché hmoty víceletých plodin v t/ha Průměrné výnosy (t/ha) Rostliny víceleté - vytrvalé netradiční, krmné planě rostoucí, okrasné Plodina: Výnos Plodina: Výnos šťovík krmný 43 křídlatka 37,5 mužák 11,2 topolovka 13,4 boryt 10,75 bělotrn 16,5 sléz kadeřavý 10,05 komonice bílá 20,1 sléz meljuka 7,57 vratič 17,4 jestřabina 5,27 pajasan žlaznatý 9,21 2-leté dřevo 16,97 Poznámka: Všechny uváděné výnosy jsou z pokusných plantáží, v běžných podmínkách zemědělské výroby jsou tyto výnosy o něco nižší. Nejvyšší výnos byl získán ve skupině krmných plodin a to šťovíkem krmným. Jedná se o křížence špenátu se šťovíkem tjanšanským, což je zárukou jeho vysoké produktivity, ale též vysoké kvality z krmivářského hlediska. Z planě rostoucích druhů rostlin se dosud jeví jako nejlepší křídlatka zajímavá tím, že má poměrně vysoký výnos a energetický obsah (v ČR však pěstování této rostliny není povoleno). Tab. č. 16 Výhřevnosti a měrné výnosy jednotlivého fytopaliva Výnosy jednotlivého fytopaliva: Položka měrná jednotka sláma jednoleté energ. rostliny víceleté obilní řepková orná půda antropog. půda rostliny vlhkost % výhřevnost GJ/t 14 13,5 14,5 14,5 15 výnos minnim. t/ha výnos prům. t/ha výnos optim. t/ha Ing. Jiří NEZHODA, Ph.D. VŠB TU Ostrava 26

27 Z hodnot uvedených v předchozích tabulkách bylo stanoveno množství využitelného energetického potenciálu energetických rostlin, který je uvedeno v následující tabulce. Tab. č. 17 Množství využitelného energetického potenciálu z energetických rostlin Plocha využitelná pro Energetický energ. rostliny potenciál Využití reálný potenciál (odhad) ha GJ % GJ/rok Množství reálného potenciálu bylo stanoveno s ohledem na svozové vzdálenosti a koncentraci ploch vhodných pro pěstování energetických rostlin s přihlédnutím k nižším výnosům energetických plodin při praktickém pěstování na 30 % celkového potenciálu Využití fytomasy z luk a pastvin pro energetické účely V následující tabulce je uveden přehled potenciálu fytomasy z luk a pastvin v okolí obce Pražmo. Tab. č. 18 Množství využitelného energetického potenciálu z fytomasy luk Louky a pastviny Energetický Fytomasa (seno) využitelná plocha potenciál Využití reálný potenciál (odhad) ha t/rok GJ % GJ/rok Množství reálného potenciálu bylo stanoveno s ohledem na svozové vzdálenosti a koncentraci těchto ploch na 5 % celkového potenciálu. Poznámka: Energetické využití sena pro přímé spalování je v současné době problematické - vyžaduje buď speciální kotel (spékání popele) či využití tohoto sena k tvorbě bioplynu. Obě varianty jsou však značně investičně náročné. 4.2 Využití odpadů Zpracování kalů z čistíren odpadních vod Čistění odpadních vod patří mezi ty přední lidské vynálezy, které nejvíce napomáhají k zachování samotné podstaty současné civilizace. Bohužel i technologie biologického čištění odpadních vod (BČOV) stejně jako jakákoliv jiná technologie, plodí své odpady v tomto případě čistírenské kaly, které v současnosti představují jednu z nejobjemnějších odpadových komodit. Za již relativně dlouhou dobu existence BČOV byla vyvinuta řada způsobů zneškodňování kalů, případně i jejich využívání. Ve velké míře bylo v minulosti rozšířeno využívání kalů v zemědělství. Vzhledem ke zvyšujícím se hygienickým nárokům se stále více omezuje zemědělské využívání kalů. Navíc je aplikace kalů v zemědělství značně sezónního Ing. Jiří NEZHODA, Ph.D. VŠB TU Ostrava 27

28 charakteru, zatímco kaly jsou produkovány celoročně. Přitom se produkce čistírenských kalů neustále zvyšuje. Odhaduje se, že náklady spojené se zneškodňováním kalů činí v současné době asi 50 % veškerých provozních nákladů čistíren odpadních vod. Vzhledem k novým evropským směrnicím, které vyžadují čistírnu odpadních vod pro každou městkou aglomeraci, se očekává, že produkované množství kalů v Evropě se do roku 2010 zvýší asi o 10 % oproti stavu z roku Toto jsou hlavní důvody, proč se v posledních letech dostávají do popředí zájmu alternativní způsoby konečného zneškodňování čistírenských kalů. Kal v čistírně vzniká na několika místech. Jedná se především o tzv. surové primární kaly, tj. kaly, které se usadí z odpadní vody ještě před započetím biochemických procesů čištění a kaly biologické, tj. ty kaly, které vznikají v dosazovacích a aktivačních nádržích. Část aktivovaného kalu recirkuluje zpět do aktivačních nádrží pro udržení optimální koncentrace, zbylá část se však musí likvidovat Technologická řešení výroby biopaliva z čistírenských kalů Při výrobě palivové směsi z biologicky aktivních substrátů - odpadů je nutné zabezpečit jejich biochemickou stabilizaci. Jedná se stejný princip jako při výrobě kompostu, ale mnohem intenzivnější. Působením mikroorganismů a za přístupu vzdušného kyslíku dochází k aerobní stabilizaci zakládky. Na proces stabilizace má příznivý vliv intenzivní aerace a také počáteční obsah jednotlivých substancí. Nejrychleji do reakcí vstupují jednoduché organické látky. Intenzita této fáze závisí na celé řadě faktorů, jichž je využito při návrhu jednotlivých receptur. Cílem je, aby v zakládce neprobíhaly anaerobní procesy, jejichž doprovodnými znaky jsou emise hnilobných a kvasných plynů. Jsou-li do palivové směsi použity kaly z ČOV, které plní funkci tmelu, jenž váže jednotlivé složky a spoluvytváří na vyrobených granulích uzavírací vrstvu, musí se zabezpečit jejich hygienizace. To znamená, že se v zakládce musí usmrtit všechny patogenní mikroorganismy. V popisované technologii se toho dosáhne v prostředí probíhající termofilní aerobní fermentace. Tato fáze přímo navazuje na stabilizaci a často se obě fáze prolínají. Jejich zásadní odlišnost spočívá v teplotách zakládky. Termofilní reakce je iniciovaná celou skupinou mikroorganismů, které ke svému metabolismu vyžadují vzdušný kyslík. Při bouřlivém nástupu termofílní reakce se teplota zvýší až na 70 C. Vysoká teplota a doba, jejího působení na zakládku určují rychlost fermentace. Intenzivní aerace nebo překopávání udržuje vysokou teplotu tak, aby došlo postupně k hygienizaci směsi. Při procesu hygienizace dochází k žádoucímu odpařování vody. Zvyšuje je se tak obsah sušiny, což zvyšuje energetickou hodnotu vyrobeného paliva. Působení teploty a probíhající biochemické reakce přirozeně působí na žádoucí homogenizaci zakládky. V následujícím textu je nastíněna obecná představa o fungování technologie, která je daná již funkčními zařízeními. Současná technologická představa spočívá ve vybudování haly s ocelovou konstrukcí, vedle které budou jako vstupní část technologie umístěny 3 zastřešené skladovací boxy vstupních surovin Jedná se o zásobník na odvodněný čistírenský kal, zásobník na dřevní štěpku a třetí zásobník bude určen na zelený odpad z údržby městské zeleně. Konstrukční řešení by mělo zabránit průniku srážkových vod do zásobníků. V prostorách nově vybudované haly budou instalována následující technologická zařízení: Homogenizátor - Jedná se o nádobu, na jejímž dně jsou uloženy dva horizontální šneky velkého průměru jenž se otáčí proti sobě. Pro lepší nařezání a rozdrcení dřevní štěpky a Ing. Jiří NEZHODA, Ph.D. VŠB TU Ostrava 28

29 zeleného odpadu jsou po obvodu šneku instalovány řezací nože. Šneky jsou schopny zpracovat i větší množství dlouhostébelnatého materiálu a jsou uzpůsobeny k rozebírání velkých kulatých balíků biomasy. Nejdříve se do homogenizátoru dávkuje stébelnatý materiál a dřevní štěpka. Po dokonalém rozřezání a promísení těchto komponent se přidají odvodněné stabilizované čistírenské kaly maximálně do vlhkosti 85 %. Mezi nosným rámem a samostatnou míchací nádobou jsou uloženy 3 tenzometry. Tímto tříbodovým vážícím systémem je možno navážit 15 různých receptur s 15 komponenty. Vyprazdňování homogenizátoru je umístěno uprostřed stroje a může být řešeno na pravou či levou stranu. Výsledkem tohoto procesu je homogenní směs o maximálním rozměru jednotlivých komponentů 50 mm. Doba procesu homogenizace je závislá na konkrétním složení směsi. Přibližně je možné počítat s dobou pracovního cyklu 45 minut, při němž se zpracuje 2000 kg směsi. Vynášecí pás - Dokonale promíchaná a homogenizovaná směs je dopravována pomocí pásového vynášecího dopravníku na naskladňovací pásy fermentačních boxů. Fermentační box - box je tepelně izolovaný kontejner, ve kterém jsou nainstalovány překopávací pásové dopravníky a radiální provzdušňovací ventilátory. Po naskladnění boxu je reaktor uzavřen a zahájí se bez přidání mikrobiálních preparátů proces fermentace. Při tomto procesu dochází ke zvyšování teploty na C a k bouřlivému vývoji vodní páry. Po dosažení teploty 55 o C je z důvodů urychlení a udržení optimálních aerobních podmínek pro fermentaci směs překopávána a zároveň provzdušňována. Vzduch je systémem kanálků zaváděn do celého objemu kompostované hmoty. Při teplotě 65 C dochází k rozvoji termofílních organismů, které rychle asimilují látky, jenž jsou zdrojem fekálního zápachu, nedochází tedy k zamořování ovzduší v okolí výrobny. Zároveň tato teplota zabezpečuje spolehlivou hygienizaci fermentovaného materiálu. Vzduch, který provzdušňuje zakládku si spolu s vlhkostí odnáší i teplo. To je v novém zařízení možné využít např. k finálnímu dosoušení fermentátu nebo k rychlejšímu nastartování fermentačního procesu v sousedních boxech Ing. Jiří NEZHODA, Ph.D. VŠB TU Ostrava 29

30 Vzdušina vystupující z boxu je vedena přes biofiltr, ve kterém jsou zachycovány zbytkové pachové složky od plynu. Filtrační náplň biofíltru tvoří aktivní fermentát, který se po ztrátě filtrační schopnosti zpracuje ve fermentoru. Po ukončení hygienizačního a fermentačního procesu je sypané biopalivo za pomocí vyskladňovacího zařízení a korečkového elevátoru dopraveno do skladu paliva. V případě, že linka pokračuje granulací návazný dopravník dopraví sypné palivo do mezizásobníku a z něho šnekovým dopravníkem ke granulátoru. Celková doba zdržení směsi ve boxu je průměrně 3 dny, záleží však na množství vstupující vody (vlhkost vstupních surovin) a na charakteru fermentovaného materiálu. Předpokládaný výkon výše popsaného fermentačního boxu je 8,5 tun zfermentované směsi o vlhkosti 60 % za 72 hodin. Spotřeba elektrické energie na výrobu jedné tuny sypaného biopaliva je 22,5 kwh. Zvolenou formu paliva ovlivňuje zejména typ kotlové jednotky, kde se bude vyrobené palivo energeticky využívat. Je třeba mít na paměti, že volně sypané palivo má až 4x větší objem než granule. Tomu musí odpovídat především dopravní cesty ke kotli, skladovací prostory na palivo, dopravní podmínky a vzdálenost výrobce paliva od tepelného zdroje. Systém rozvodu vzduchu k aeraci zakládky Sací otvor ventilátoru k aeraci zakládky Ing. Jiří NEZHODA, Ph.D. VŠB TU Ostrava 30

31 Prstencový granulátor - ze zásobníku sypaného biopaliva je směs dopravována šnekovým dopravníkem do prstencového granulátoru. Za společného působení tlaku, tepla a vlhka dochází ke vzniku granulí, jejíž průměr závisí na velikosti otvorů v protlačovací matrici. V případě použití dřevních pilin osahující lignin není nutné přidávat žádné další pojivo. Vyrobené granule jsou dopravovány elevátorem do zásobníků. Předpokládané technické parametry prstencového granulátoru jsou uvedeny v následující tabulce. Technické parametry prstencového granulátoru GP Pracovní šířka matrice [ mm ] 304 Pracovní průměr matrice [ mm ] 90 Průměr mixeru [ mm ] 300 Délka mixeru [ mm ] Příkon hlavního motoru [ kw ] Výkon [ t/hod ] 0,5-2.5 Orientační hmotnost [ kg ] Ing. Jiří NEZHODA, Ph.D. VŠB TU Ostrava 31

32 4.2.3 Bilance výroby paliva z kalů ČOV Suroviny: kaly z ČOV t/rok 75 % H20 => sušina 500 t H t biomasa t/rok 30 % H20 => sušina t H t Výstup: sypané biopalivo 30 % H t/rok granulované biopalivo 20 % H t/rok 30 % seno, sláma (20 % H2O) t/rok 30 % dřevní odpad(40 % H2O) t/rok 40 % kaly (85 % H2O) t/rok VSTUP DO FERMENTORŮ: t/rok směsi (52 % H2O) t sušiny t vody VÝSTUP Z FERMENTORŮ VSTUP DO SUŠKY: t/rok směsi (42 % H2O) t sušiny t vody VÝSTUP ZE SUŠKY: t/rok úsušku (12 % H2O) t sušiny 380 t/rok vody Linka pro sypané biopalivo sestává z těchto strojů a zařízení: - nakladač - míchací a řezací zařízení - naskladňovací pás se shazovacím zařízením - fermentory EWA-FERM(4 ks) - vyskladňovací pás - zakládací dopravní pás se shazovačem - pomocné konstrukce - vzduchotechnika Linka pro granulované biopalivo sestává z těchto strojů a zařízení: - nakladač - míchací a řezací zařízení - naskladňovací pás se shazovacím zařízením - fermentory EWA-FERM(4 ks) - vyskladňovací pás - mezizásobník kompletní - šnekový dopravník - granulátor prstencový - elevátor - zásobník kompletní Ing. Jiří NEZHODA, Ph.D. VŠB TU Ostrava 32