VYTÁPĚNÍ BIOMASOU NA ŠUMAVĚ - Sousedské teplo

Transkript

1 Studie proveditelnosti VYTÁPĚNÍ BIOMASOU NA ŠUMAVĚ - Sousedské teplo Aktualizace 2009 EGF, spol. s r. o. Říjen - Listopad 2009 Na Tržišti Sušice

2 Obsah: 1. Název studie 4 2. Identifikační údaje Objednatel Zpracovatel 4 3. Biomasa jako zdroj energie Vznik a význam biomasy Zdroje energetické biomasy v České republice Kapalná biopaliva Plynná biopaliva Základní vlastnosti pevných biopaliv Orientační složení pevných biopaliv a fosilních paliv Pevná biopaliva, charakteristika, zpracování a využití Palivové dřevo, polena, polínka Kůra stromů Průmyslová štěpka Piliny, hobliny, dřevní prach Lesní štěpka a štěpka z rychle rostoucích dřevin Dřevní šrot - staré dřevo Pelety a brikety Sláma a celá obilní hmota - suchý stav Stébelniny v zavadlém stavu Zvláštní rostlinná paliva Příprava a zpracování biopaliv Dosoušení biopaliv Zpracování a úpravy pevných biopaliv Technologie spalování Spalování pevných biopaliv Zařízení pro spalování biopaliv Lokální vytápění, pokojová kamna a sporáky Kotle pro vytápění velkých budov a bloků budov Kotle pro místní, komunální výtopny Velké teplárny a elektrárny spalující pevná biopaliva Závěr k zařízení na spalování biopaliv Definice jednotek: Využití biomasy pro výrobu tepla paliva technologie spalování spotřebiče tepla Model analýzy způsobu vytápění pro skupinu malospotřebitelů Provozní náklady 21 EGF, spol. s r.o. 2

3 7.2 Porovnání cen energií Ekonomické vyhodnocení Grafické znázornění průběhu nákladů Zhodnocení Skupina středních odběratelů Skupina velkospotřebitelů Typické objekty: Vytápění obcí Personální zabezpečení komunálních projektů Tvorba a vyhodnocení jednotlivých scénářů Kapacitní scénář Zdrojový scénář Lesní biomasa získaná ze zbytků po lesní výrobě Technická specifikace zdrojů Lesní biomasa získaná výřezů V. a VI. jakostní třídy Dřevní odpad z pilařských provozů Pěstování energetických rostli a dřevin Scénář investic u odběratelů Scénář vlastnických vztahů Časový scénář Řešení projektu Sousedské teplo Řešení výroby štípaného dříví Provozní finanční toky výroby štípaného dříví Investiční nároky výroby štípaného dříví Řešení výroby pelet Provozní finanční toky výroby pelet Investiční nároky výroby pelet Řešení výroby pelet a kombinované výroby elektrické energie a tepla v CZT Hartmanice Řešení zpracování biomasy vzniklé z péče o bezlesí Kvalifikace a kvantifikace potřeb tepla pro budovy SNPŠ Závěr 64 EGF, spol. s r.o. 3

4 1. Název studie VYTÁPĚNÍ BIOMASOU NA ŠUMAVĚ Sousedské teplo Aktualizace Identifikační údaje 2.1 Objednatel Název: Správa NP a CHKO Šumava Adresa: 1. Máje 260 Tel.: Fax: IČ: DIČ: CZ jana.slonkova@npsumava.cz WWW: Statutární zástupce: Ing. Jana Klikarová 2.2 Zpracovatel Autor: Bc. Ing. Josef Farták; spolupracovníci: Ing. Zbyněk Klose, Ing. Josef Urban, Ing. Milan Kotrba, Mgr. Ing. Zdeňka Fartáková Firma: EGF, spol. s r. o. Adresa: Na Tržišti 862, Sušice IČ: DIČ: CZ Osvědčení: č. 037 vydané Ministerstvem průmyslem a obchodu, dne 7. března 2002 v Praze egf@egf.cz WWW: Statutární zástupce: Bc. Ing. Josef Farták - jednatel EGF, spol. s r.o. 4

5 3. Biomasa jako zdroj energie 3.1 Vznik a význam biomasy Téměř veškerá energie, kterou lidstvo využívá, pochází ze Slunce a pokud i hmota Země pochází ze Slunce a její jaderná energie, tak skutečně vše, čeho člověk využívá, má tento původ. Fenomenální proces fotosyntézy, ve kterém živé rostliny pomocí zeleného barviva jako katalyzátoru dokážou vázat z ovzduší CO 2 a z něho a z vody vytvářet organickou hmotu, je základem pro veškerý život a energetické druhotné procesy. Organickou živou hmotou bylo kdysi uhlí, ropa i zemní plyn. Dnes stále ještě zelené rostliny váží asi 200 miliard tun CO 2 z ovzduší ročně - což je asi 10 % celkového jeho obsahu ve vzduchu, ale hnitím a spálením odumřelých rostlin se tento CO 2 do ovzduší opět vrací. Jedná se asi o 10 % celkového obsahu CO 2 v ovzduší, který se přes rostliny v přírodě točí. V procesu fotosyntézy se tvoří v rostlinách množství organických sloučenin - pro zjednodušení se uvádí jednoduchý vzorec tvorby glukozy: 6 CO H 2 O + solární energie + minerálie = C 6 H 12 O 6 + akumul. energie + 6 O 2 Při spálení nebo při prostém hnití je proces obrácený: C 6 H 12 O O 2 = uvolněná energie + 6 H 2 O + popel + 6 CO 2 Uvolněné energie je na sušinu většiny rostlin MJ/kg. Jímané energie rostlinami je několikanásobně více, rozdíl spotřebovávají rostliny pro své životní pochody, zejména transport vody, které musí na 1 kg vytvořené sušiny odpařit až 800 litrů. Pro potřeby společnosti se tak může využít asi 0,6-1 % na rostliny, resp. půdu dopadající energie Slunce. Celosvětově to však je asi desetkrát více než v současné době lidstvo potřebuje. To však využívá jen asi 0,4 % energie každoročně rostlinami zachycené. Význam energie z biomasy spočívá v tom, že je obnovitelná, každoročně narůstající, je neutrální z hlediska přírůstku CO 2 v ovzduší, může představovat potenciál kryjící v místě až 100 % potřeby, může pomoci využít přebytečnou zemědělskou půdu, může do značné míry nahradit fosilní paliva a jejich dovozy a vytvořit pracovní příležitosti v místě vzniku, pěstování energetických rostlin pomáhá uchovat krajinu, problematika jejího využití vytváří podmínky pro rozvoj specializované vědy, průmyslu a obchodu Zdroje energetické biomasy v České republice Zdrojem energetické biomasy v České republice může být především dřevní odpad z lesní těžby a dřevozpracujícího průmyslu, vedlejší výrobky zemědělství, jako je obilní a řepková sláma a další odpadové stébelniny, dřevěné a lepenkové nekontaminované obaly a výhledově i energetické rychlerostoucí dřeviny, jako topoly, vrby, lísky, jasany a energetické byliny jako je šlechtěný šťovík a křídlatka. Z travin pouze rákosovité traviny s nízkým obsahem dusíku. EGF, spol. s r.o. 5

6 Odhad potenciálu energetických paliv v ČR Palivový druh Zdroj Množství (t/rok) Dřevo, kůra Odpady lesní těžby a dřevozpracovatelského průmylsu, prořezávky, sady, stromořadí - asi 40 % ročních přírůstků Sláma obilovin 25 % celkové sklizně slámy při výnosu 4 t/ha Sláma olejnin Do 100 % celkové sklizně při výnosu 4 t/ha Traviny, rákos Z cca 20 % trvalých porostů při výnosu min. 2 t/ha Polní dříví a energ. obilí Účelově pěstované na půdě vyčleněné z výroby potravin při výnosu 10 t/ha Dřevní šrot, obaly, spalitelný komunální odpad Odpadové dřevo a obaly Celkem přibližně do roku Kapalná biopaliva Kapalná paliva jsou v ČR reprezentována především řepkovým olejem, respektive jeho metylesterem nazývaným bionafta a etylalkoholem - lihem. V posledních 10 letech byly vybudovány kapacity na výrobu cca t bionafty ročně, které jsou však z různých důvodů využívány pouze na 50 %, přestože výměra pěstované řepky z původně předpokládaných ha stoupla bezmála na hektarů. Řepkové semeno se stalo výhodným vývozním artiklem, ale řepková sláma přes své výborné energetické vlastnosti (14-15 MJ/kg) se jako zdroj energie zatím využívá velmi málo. Ethylalkohol, před II. světovou válkou přidávaný do benzinu se zatím nestal nosným programem zemědělství a zpracovatelského průmyslu, protože technologie, které jsou k dispozici, založené na mokré metodě, jsou energeticky tak náročné, že čistý energetický zisk je minimální. Ve světě už však běží výhodnější způsoby výroby etanolu a lze očekávat, že i u nás budou časem zavedeny. Dřevní olej, jako produkt pyrolyzy a surovina pro řadu výrobků včetně kapalných paliv zatím nebyl do výroby zaveden, i když existuje řada výroben dřevního uhlí, kde dřevní olej představuje využitelný odpad, pokud pyrolytické plyny jsou zkapalněny a dále zušlechtěny. 3.3 Plynná biopaliva Z plynných biopaliv, největší a perspektivní význam, má bioplyn, produkt fermentace odpadových organických hmot, jako je chlévská mrva, kejda, případně i další organické zbytky bez přístupu vzdušného kyslíku při teplotách nad 37 C různými metanogenními mikroorganismy. Ve světě pracuje více než 7 milionů bioplynových stanic, zejména v teplejších oblastech - ale i v Dánsku a Holandsku - se osvědčují velké rajónní biostanice s velkou výrobou tepla a elektřiny z bioplynu. V ČR pracuje zatím jen 10 stanic s celkovou výrobou kolem m 3 bioplynu denně. V našich podmínkách se část vyprodukovaného tepla musí využít k ohřevu reaktorů, což snižuje výkonnost, přesto se považuje výroba tepla a elektrické energie za efektivní. V současné době se připravuje řada projektů na využití opuštěných silážních věží k výrobě bioplynu ze zplynovatelných odpadů. EGF, spol. s r.o. 6

7 Metanogeneze je perspektivní záležitost nejen z hlediska získání čisté, vysocehodnotné energie, ale také z hlediska získání vysocehodnotného humusotvorného organického hnojiva při likvidaci obtížných a ekologicky závadných odpadů. Zaslouží si proto značné pozornosti a rozvoj zařízení je nutno podporovat. Dřevní a pyrolytický plyn jsou objektem jenom ojedinělých pokusů. U dřevního plynu, který vzniká v různých typech generátorů v procesu nedokonalého spalování kvalitního dřeva a jehož hlavní součástí je jedovatý oxid uhelnatý (a vodík), je velikým problémem jednak jeho nízká výhřevnost daná samotnou nízkou výhřevností CO (asi 1/3 potenciálu využitého dřeva), těžké reaktory a nezbytná přídavná filtrační zařízení. Perspektivu pravděpodobně mají technologie rozkládající dřevo vysokoteplotní parou a zejména pyrolytické rozklady dřeva i stébelnin bez přístupu vzduchu při teplotách C, při současné výrobě cenného dřevního uhlí. Pyrolytické plyny se ochlazují a vzniklý kondenzát - pyrolytický olej - je ve světě velmi ceněnou surovinou, schopnou zpracování na kapalné pohonné hmoty a řadu chemických výrobků - včetně potravinářských konzervačních přípravků a hnojiv. Základní vlastnosti pevných biopaliv Pevná biopaliva odvozují svůj původ od: dřevin, tj. rostlin s dlouhodobým vývojem a pevnou strukturou převážně z lesů a stébelnin, tj. jednoletých nebo víceletých obilnin, olejnin a dalších bylin převážně ze zemědělské půdy Pro určení základních fyzikálně mechanických a energetických vlastností pevných biopaliv jsou rozhodující: objemová hmotnost (kg/m), (pevný, rovnaný a sypaný m 3 ) - rozhodující pro určení prostorů skladišť, přepravních prostředků, topenišť, obsah vody (%) - rozhodující pro určení výhřevnosti, technického řešení dosoušecího zařízení, velikosti roštů, kondenzačních jednotek spalin, pevnost tvarovaných paliv (briket, pelet) - odolnost proti otěru a vzniku výbušného prachu, tvar a velikost základních částí paliva (polena, štěpka, brikety) - jako základní faktor standardizace. EGF, spol. s r.o. 7

8 3.4 Základní vlastnosti pevných biopaliv Palivo Hustota Obsah Výhřevnost Stav, forma sušiny hmoty vody (MJ/kg) (MJ/m 3 ) (kg/m 3 ) (kg/m 3 ) (%) Polena, jehličnany (1) , Polena, listnáče (1) , Kůra, volná, čerstvá , Průmyslová štěpka (1) , Štěpka suchá , Krajinky vázané (1) , Piliny (1) , Pelety, brikety , Lesní štěpka jehl. (2) , Lesní štěpka list. (2) , Tyčovina, jehl. (2) , Těžební odpad, větve (1) ,1 648 Probírky, listn. (1) , Topoly, štěpka (3) , Sláma řezanka ,4 936 Sláma, hranol. balíky , Sláma, válcové balíky , Sláma a zrno, hran. bal , Sláma a zrno, válc. val , Sláma, brikety , Poznámka: (1) na pile (2) v lese po zaschnutí 1/2 roku (3) přímo při sklizni na plantáži Pro doplnění Lehký topný olej , Černé uhlí Hnědé uhlí Zemní plyn 0, Chemické vlastnosti pevných biopaliv ovlivňují: způsob spalování, řízení teploty plamene, složení a chování podroštového a létavého popele, složení spalin a emise škodlivin. Při rozborech složení biopaliv (elementárním), v rámci schvalovacího řízení a porovnávacího řízení paliva se standardy, se hodnotí: Spalitelné látky - uhlík, vodík, síra a další prvky (K, Ca, N, P). EGF, spol. s r.o. 8

9 Těkavé látky - odplyňující při teplotách přes 200 C a podíl zbylého dřevního uhlí. Obsah prvků, které lze považovat za zdroj škodlivin - těžké kovy (kadmium, olovo, zinek) a chlor. Chemické rozbory jsou zaměřené zejména na to, aby se mezi normami uznalé druhy paliv, vyráběné z přírodního dřeva (kůry) nebo slámy, nedostala paliva z kontaminovaných surovin. Rozbory také slouží k tomu, aby se k palivům případně přidala určitá aditiva, sloužící k vázání určitých škodlivin tak, aby se nedostaly do ovzduší. K tomu může dojít při spalování slámy obilovin, které byly přehnojovány hnojivy s velkým obsahem chloru. Pozn.: V Dánsku se z těchto důvodů vysoce hodnotí sláma, z níž deště tyto škodliviny vyplavily, případně jsou škodliviny vyplavovány uměle. Ukázalo se také účelné spalování uhlí s určitým obsahem síry s pevnými fytopalivy, které obsahují draslo. Vzájemnou vazbou síry a drasla vzniká pevný síran draselný (jedno z minerálních hnojiv), který zůstává v popeli. 3.5 Orientační složení pevných biopaliv a fosilních paliv Palivo Těkavých látek (%) Výhřevnos t (MJ/kg) Obsah hlavních prvků (%) C O H N S Cl Popel Dřevo jehlič ,1 0,02 0,1 0,5-1 Topol ,6 0,2 0,02 0,1 0,3 Kůra ,4 0,05 0, Sláma obil ,6 0,4 0,10 0,1 5 Sláma řep ,2 0,20 0,1 6 Dřevní uhlí , ,7 Rašelina 70 13, ,8 0, Hnědé uhlí ,4 2,0 0,1 10 Černé uhlí 26 29, ,4 1,0-8 Koks 4 25, ,5 0,8-13 Poznámka: U jednotlivých druhů paliv mohou existovat značné odchylky od uvedených hodnot, zejména u uhlí v obsahu síry a popele. Z tabulky je patrný hlavní rozdíl mezi pevnými a fosilními palivy, a to v obsahu těkavých - teplem uvolňovaných látek. Hnědé uhlí je jakýmsi přechodem mezi biopalivy a černým uhlím, a proto také v dobrých kotlích na hnědé uhlí s pohyblivými rošty lze uhlí spalovat s určitým přídavkem biopaliv, například s dřevní štěpkou až do 30 a někdy i více procent, což u kotlů na uhlí černé a koks nelze. Vyplývá to z toho, že paliva s velkým obsahem těkavých látek při hoření vytvářejí velmi dlouhé plameny, kterým musí být přizpůsoben dohořívací prostor s přívodem sekundárního nebo i terciárního vzduchu. 3.6 Pevná biopaliva, charakteristika, zpracování a využití Pevná paliva mají několik základních, převažujících forem, navzájem se lišících v mnoha charakteristických znacích, co do struktury, obsahu vody, tvaru, výhřevnosti, stupně znečištění, obsahu popele a jeho charakteristiky, způsobu zpracování i využití. Stupeň obtížnosti jejich využití je různý, stejně tak jako cena a dostupnost. Optimální využití pevných biopaliv vyžaduje kompromis mezi palivem a topeništěm podmíněný určitým stupněm standardizace obou. EGF, spol. s r.o. 9

10 3.6.1 Palivové dřevo, polena, polínka Stále ještě naprosto převažující formou biopaliva jsou polena a polínka, a to i v takových zemích jako je Rakousko, Švédsko, Finsko (až 70 %) a samozřejmě i rozvojové země. V Československu vykazovaly statistiky až m 3 palivového dříví ročně dodávaného jen Státními lesy. Samovýroba nebyla vykazována. V posledních 10 létech však bylo na trh dodáno kolem dřevozplyňujících kotlů pro vytápění rodinných domků, a proto lze předpokládat, že se objem spotřebovaného polenového palivového dřeva zdvojnásobil. Zdroje palivového dřeva jsou především v lesní těžbě, prořezávkách a třídění průmyslového dřeva. Původní norma palivového dříví jen omezovala podíl nahnilého dřeva (do 10 %), nová norma zatím není. Obsah vody je rozhodující pro kvalitu paliva, výhřevnost a vznik emisí. Dřevo ve formě polen by mělo být dosušeno z původního obsahu % vody na %, což u neštípaných polen trvá pod střechou v průvanu dva roky, u štípaných polen 1 rok a ve formě štípaných polínek půl roku - stejně tak dosýchá těžební odpad v lese. Jen kusové dřevo s obsahem vody pod 30 % (ještě lépe pod 25 %) má dobrou výhřevnost MJ/kg, dobře hoří a má nízké emise. Požadavek na snížení obsahu vody se projevuje tím, že rodinný domek vytápěný kusovým dřevem musí mít dvouletou zásobu kolem m 3, což může způsobovat určité skladovací problémy. Velikost kusového paliva je daná typem topeniště. Pro kuchyňské sporáky, kachlová a krbová kamna se vyžadují polínka o hmotnosti 0,2-0,5 až 1 kg a délky až 30 cm. Pro dřevozplyňující kotle postačuje dřevo nakrátit na délku 0,5-0,7 m, výjimečně u vyšších výkonů se ponechávají polena do délky 1 m. Ve většině případů se však polena silnější než 15 cm štípou. Přidávání kusového paliva je v naprosté většině případů ruční. Uskladnění mimo obytný dům. Znečištění kusového dřeva je většinou minimální. V kůře, která se zpravidla neodstraňuje, může zůstat malé množství hlíny nebo písku, které zvyšují produkci popele. Pokud zůstává dřevo v přírodním stavu, je povoleno jeho spalování i v obytných čtvrtích sídlišť. Obsah popele je při spalování kusového dříví minimální a pohybuje se od 0,5 do 1 %. Jedná se o směs sloučenin křemíku, vápníku, draslíku, fosforu a dalších prvků vhodných pro výživu rostlin Kůra stromů Dřevitý obal stromů nevhodný pro jakékoliv průmyslové zpracování. Ve velkém vzniká odkorňováním v celulózkách a papírnách, na pilách zůstává zpravidla na odřezávaných krajinkách. Využívá se ke spalování, případně k výrobě náhražky rašeliny. Obsah vody u čerstvě poražených stromů je až 65 % (smrk), na skládkách obsah klesá na 50 %, při dlouhodobém skladování i pod 30 %, ovšem při zajištění dobrého provětrávání. Suchá kůra, zejména jehličnanů, je po vysušení výborným palivem, ovšem ve větších topeništích s automatickým provozem. Je dobrou surovinou i pro výrobu pilinokůrových briket - po vysušení na %. Struktura kůry je velice rozmanitá, v surovém stavu mohou být kusy až 0,5 m dlouhé, a proto další využití zpravidla vyžaduje drcení. To může odpadnou jen u skutečně velkých topenišť plněných hydraulickými vkladači. Šnekové vkladače u topenišť do výkonu 1 MW se bez předdrcení neobejdou. Ze stejného důvodu se kůra bez zpracování nespaluje ani v menších topeništích na polínka. Znečištění samotné kůry je podstatně větší než u ostatních biopaliv, dochází k němu při těžbě a manipulaci se dřevem. V dobách, kdy elektrárny emitovaly SO 2, docházelo ke zvýšenému obsahu síry i v kůře stromů. Tento vliv bude patrný ještě určitou dobu, není však natolik významný, aby bylo nutno jej zohledňovat vyššími teplotami komínových plynů. Popele z kůry je nejvíce ze všech paliv; méně - kolem 2-3 % je v kůře listnáčů, 5-8 % může být v kůře jehličnanů, zejména borovic. Popel z kůry je dobrým minerálním hnojivem. Kombinace kůry s ostatními palivy se vyžaduje především u briket, kde se kůra míchá zpravidla s pilinami. U polen a polínek a také u krácených krajinek je přirozenou součástí paliva. EGF, spol. s r.o. 10

11 3.6.3 Průmyslová štěpka Průmyslová štěpka se odlišuje od lesní štěpky a od štěpky z dřevního šrotu. Představuje nakrácené odpady hlavní dřevozpracující výroby - zejména na pilách. Pokud se vyrábí z odkorněného dřeva, je vysoce kvalitní a zpravidla se uplatňuje za vyšší ceny v celulózkách. Pro spalování se využívá tato štěpka jen pokud obsahuje kůru. Odpady truhlářské výroby poskytují nejkvalitnější palivo, zpravidla však spotřebované přímo u výrobce, takže se na trh paliv nedostane. Obsah vody palivové štěpky z pil kolísá od 40 do 55 %, neboť se vyrábí z odřezků surového dřeva, na rozdíl od štěpky z truhlářské výroby, které mají % vody. Průmyslová palivová štěpka se proto hodí pro spalování pouze v nejvýkonnějších topeništích, tj. s výkonem min. 2 MW - lépe přes 5 MW, a je vždycky vítané, jestliže se může před spalováním alespoň částečně předsušit - i třeba v přestaveném zásobníku odpadovým teplem získaným z kouřových plynů. Pro malá topeniště se průmyslová štěpka nehodí, v některých zemích je toto použití dokonce zakázáno. Podle obsahu vody se třídí do skupin. Velikostní struktura se zpravidla třídí do několika skupin podle požadavků spotřebitelů a způsobů spalování: do cca 20, 30 a 60 mm. Znečištění průmyslové štěpky je dvojího druhu - pocházející z manipulace se dřevem na skládkách - projevující se jen ve zvýšeném podílu popele a znečištění různými přídavky po zpracování v nábytkářském průmyslu. Podle obsahu přídavných látek je možno tuto štěpku využít jako palivo nebo likvidovat jako odpad - zde jako palivo jen za určitých předpokladů ve speciálních topeništích. Obsah popele u průmyslové štěpky se pohybuje od 0,8 % do cca 2,5 % podle podílu kůry a znečištění Piliny, hobliny, dřevní prach Při zpracování dřeva vzniká značné množství odpadů ve formě pilin, hoblin a prachu, které představují velký energetický potenciál, dříve většinou skládkovaný. Jen výjimečně se tyto odpady dále průmyslově zpracovávají na výrobky - většinou se jedná o palivo, vyžadující určité technologické úpravy. Obsah vody se u pilin z pil pohybuje od 40 % do 55 %, u sekundárního zpracování od 15 do 20 %. Pro zpracování pilin, hoblin a prachu na pelety a brikety se zásadně musí snížit obsah vody na %, zpravidla v bubnových, horkovzdušných sušárnách, ale i pro využití v běžných kotlích je výhodné snižovat obsah vody a tím zvýšit výhřevnost a snížit hmotnost. Postačuje k tomu občasné provzdušňování venkovním vzduchem s relativní vlhkostí pod 65 %. Velikost částic pilin se pohybuje kolem 3-5 mm, u prachů kolem 0,3 mm, u hoblin se velikost upravuje před briketováním drcením. Znečištění pilin je velmi malé pokud se jedná o prvotní prořezy, u druhotného zpracování (nábytkářství) může docházet k nežádoucímu znečištění chemickými přídavky do polotovarů. Větší znečištění může být u prachů, kam mohou přicházet i částice brousících nástrojů. Záležitost se musí hodnotit individuálně na základě analytických rozborů. Popele u pilin z měkkého dřeva je asi 0,5 %, u tvrdého dřeva až 1,1 % Lesní štěpka a štěpka z rychle rostoucích dřevin Podle zásad správného hospodaření by se měla lesní štěpka vyrábět z těžebního odpadu co nejblíže místu těžby, a to po určité době po skončení těžby tak, aby materiál ztratil jednak alespoň polovinu vody a zejména jehličí, listí a slabé větvičky. Tento materiál, pro energetické využití v podstatě nevhodný, obsahuje největší množství živin nezbytných pro další výživu lesa. To platí i pro plantáže. EGF, spol. s r.o. 11

12 Obsah vody klesá z původních cca % přes několik letních měsíců na % a umožňuje dobré palivové využití štěpky. Velikostní struktura je ovlivněna typem použitého štěpkovacího stroje a pohybuje se od délky kousků 20 až 80 mm, což u paliva vyhovuje. Znečištění lesní štěpky je dáno způsobem těžby a soustřeďování odpadu na zpracovatelské místo, nebývá velké a jedná se o zeminu, která po dobu schnutí odpadu a dalším zpracováním zpravidla odpadne. Obsah popele u lesní štěpky se pohybuje od 1 % (jehličnany) do 2,5 % u listnáčů Dřevní šrot - staré dřevo V některých zemích, zejména s dostatkem kvalitního čerstvého dřevního paliva (Rakousko), je zakázáno dřevní šrot spalovat. Názory se však vyvíjí, neboť vznikají další zdroje skutečně odpadového dřeva, které po určitých úpravách mohou jako paliva vyhovovat. Původně se dřevním šrotem označovalo dřevo z demolicí (trámy, podlahy), staré dřevo ze šalování, beden, nábytku. Nyní se do této skupiny zařazují i přepravky na ovoce, a to dřevěné i kartónové, přepravní bedny, přepravní palety, kartónové obaly. Jejich výhřevná hodnota je vysoká, obsahují však někdy i plastické hmoty a zejména kovové spojovací díly (sponky, hřebíky). Obsah vody u dřevního šrotu je nízký - od 10 do 20 %, a proto výhřevnost je vysoká, MJ/kg. Proto dřevní šrot je vítaným přídavkem ve spalovnách komunálního odpadu, když tam zvyšuje velmi nízkou výhřevnost ostatního paliva. Tam také bude i v budoucnosti jeho hlavní využití. Obaly a přepravky mohou představovat velmi dobrou surovinu pro výrobu briket a pelet, zejména po odpovídajícím zpracování, to je drcení a vytřídění kovových a plastických příměsí. Zvlášť výhodná bude jejich kombinace s drcenou kůrou a pilinami. Znečištění dřevního šrotu bude větší u stavebně použitého dřeva než u přepravek, a proto se tyto dvě oblasti musí oddělovat. Obsah popele je u stavebního dříví od 4 do 12 %, u přepravek 1-2 % Pelety a brikety Představují nejkvalitnější biopalivo s výhřevností i více MJ/kg. Vyrábějí se ze suchých, čistých pilin, drcené kůry, drcených štěpek různého původu, ale vždy bez příměsí, které by mohly zhoršovat proces hoření a zhoršovat emise škodlivin. Podle některých zahraničních norem se mohou vyrábět jen z přírodního, chemicky neupraveného materiálu. Pelety jsou do 40 mm průměru, brikety do 100 mm. Obsah vody pelet nemá překračovat 10 %, u briket 15 %, zpravidla však v důsledku tepelného procesu při briketování klesne obsah vody pod 12 % i u briket. Pokles obsahu vody pod 10 % je z různých důvodů nežádoucí. Velikost částic je důležitá pro skladování, manipulaci a spalování. U pelet je předepsán sypný charakter, to znamená, že se musí v jakémkoliv zásobníku sypat a nesmí vytvářet klenby. Musí vyhovovat automatickému přidávání paliva i pro nejmenší topidla. U briket tento požadavek není, protože se přidávají do topenišť zpravidla ručně. U pelet je proto nejběžnější průměr kolem 8 mm, ale ani 20 mm není neobvyklý. Zpravidla bývá předepsán dovolený obsah prachu. Obsah popele je zpravidla předepsán do 0,5 % u pelet, u briket může být vyšší (1 %). Znečištění pelet a briket chemickými přídavky není dovoleno, mohou se vyrábět jen z přírodní suroviny. Cena pelet a briket je v přepočtu na hmotnost až několikanásobně vyšší než u méně zpracovaných biopaliv. V přepočtu na obsah tepla, vyšší objemovou hmotnost, menší požadavek na skladovací prosto, možnost automatizace procesu spalování a dobrou regulaci a malý obsah popele a ekologické emise převažují pelety a brikety nad klasickými palivy a objem jejich výroby stále stoupá. Jedná se o perspektivní biopalivo. EGF, spol. s r.o. 12

13 3.6.8 Sláma a celá obilní hmota - suchý stav Přebytky zemědělské výroby se projevují v nabídkách určitého množství slámy a celé obilní hmoty (sláma se zrnem) na palivovém trhu i v rámci výrobního podniku. Především se jedná o slámu obilovin a olejnin (řepka) a novou odrůdu krmného obilí TRITICALE, tedy produkty víceletých rostlin, v současné době označovaných jako nežádoucí plevele - ovšem s velikým růstovým a energetickým potenciálem (křídlatka, Miscanthus), ale i nově zaváděné konopí seté. Obsah vody klesá u obilovin z nejvyšší hodnoty během růstu (80 %) na hodnotu v době zrání (50 %) až na hodnotu % po položení na řádek při sklizni. Tenká stébla prosychají na řádku za 2-3 dny pěkného počasí a mohou se bez obav sklízet a uskladňovat. Ukázalo se však, že nejlepším stébelnatým palivem je takové, které před zaschnutím a sklizní promoklo (a znovu uschlo). Tak zvaná šedivá sláma ztratí vyplavením většinu živin (N,K, P) a je kvalitnějším palivem, emise jsou lepší a i popele je méně. Velikou předností stébelnin je, že je možno sklízet je běžnými zemědělskými stroji, sběracími vozy a sběracími - obřími lisy a stejně tak je to s dopravou a skladováním. Velikost části je daná druhem rostliny, jedná se o stébla různě tlustá (od 3-5 mm do 40 mm) a různě dlouhá (1 až 4 m), různě strojně nakrácená ( mm), tvarovaná do různých forem - malé a velké balíky, brikety, pelety - podobné tvarovaným palivům ze dřeva a kůry. Stébelniny mohou tedy být pořezané nebo lisované nebo obojí. Elementární složení stébelnin se podstatně liší od dřevin, tvořených především uhlíkem a vodíkem. U stébelnin je s ohledem na nezbytnou výztuž stébla vysoký obsah křemíku, vápníku, fosforu a drasla, které, pokud nejsou vyplaveny deštěm nebo uměle, přecházejí do popele, který má relativně velmi nízkou teplotu měknutí, spékání a tečení. Tato teplota začíná už na cca 860 C. To vyžaduje úpravy topenišť - zejména oddělením prvotního zplynování od prohoření spalných plynů při vyšší teplotě - bez přítomnosti popele. Proto stébelniny ani ve formě briket a pelet nejsou příliš vhodné pro malá topeniště a hodí se většinou pro velké kotle s možností všech potřebných konstrukčních a provozních úprav. Řešením pro malospotřebitele jsou kombinovaná paliva s převahou pilin v peletách a briketách. Samostatným problémem je relativně vysoký obsah chloru způsobující korozi kovových částí při teplotách přes 550 C, který však je též vyplavitelný deštěm. Obsah popele u stébelnin se pohybuje od 6 do 12 %. Popel se dělí na podroštový, který je velmi dobrým vápeno-draselným hnojivem a na létavý popílek (zachycovaný v tkaninových nebo elektrostatických odlučovačích) obsahující těžké kovy a který se likviduje jako nebezpečný odpad nebo se zpracovává v chemickém průmyslu. Stébelniny mají výjimečnou vlastnost odčerpávat z půdy těžké kovy. Například křídlatka zbaví půdu kadmia přibližně za 20 let Stébelniny v zavadlém stavu Stébelniny, které z různých příčin nemohou být sklízeny v suchém stavu, se mohou sklízet zavadlé s obsahem vody kolem 40 %. Zkoušky jejich uchování v silážních žlabech (jako kukuřice) prokázaly reálnost této technologie, na kterou navazuje před spálením ještě odlisování na pásových nebo šnekových odšťavovačích. Dosažený obsah vody kolem 30 % postačuje pro spalování ve velkých topeništích. Odlisovaná šťáva se přimíchává do bioplynových substancí. Samostatnou technologií energetického využívání přebytků stébelnin sklízených v zavadlém stavu kolem 50 % je jejich přimíchávání do bioplynových reaktorů v podílu asi 25 % obsahu sušiny Zvláštní rostlinná paliva Zvláštními rostlinnými palivy, zpravidla s ohraničeným místním významem, jsou zbytky po sklizni slunečnice, kukuřice, máku, lněné a konopné pazdeří. Jako palivo nebyly dosud předmětem standardizace, většinou se spalují jako řezanka po předsušení ve skladu přímo u pěstitele, nebo se po drcení briketují. Pokud s hlediska topenářských vlastností odpovídají požadavkům na pevná biopaliva, mohou být i tržním palivem. EGF, spol. s r.o. 13

14 3.7 Příprava a zpracování biopaliv Příprava a zpracování biopaliv se vedle sklizně soustřeďuje do dvou oblastí: dosoušení, přirozeného nebo umělého krácení a tvarování Dosoušení biopaliv Přestože existují kotelny schopné spalovat i surovou dřevní hmotu s obsahem vody kolem 50 % (55-60 % vody je hranice použitelnosti dřeva jako paliva) a které jsou vybaveny kondenzačními jednotkami kouřových plynů s vysokým obsahem odpařené vody, jednoznačná tendence je, pokud možno, využívat suché palivo s obsahem vody pod 30 %. Platí zásada, že čím je topeniště výkonově menší, tím musí být palivo sušší. Pro kotlíky na spalování pelet nemá mít peleta více jak 10 % vody, pro kotle na polínka by mělo být vody % (což odpovídá dlouhodobému přirozenému sušení v průvanu). Větší kotle na štěpku využívají palivo s obsahem vody % velmi dobře a jen největší kotle s tepelným výkonem přes 5 MW, vybavené velkými rošty (s dosoušecí částí), mohou spalovat palivo se % vody. V některých státech je dokonce spalování vlhkého paliva zakázáno (Bavorsko), protože to vede k tvorbě dýmu. Metody dosoušení biopaliv Sušení na řádcích se týká především stébelnin, slámy obilovin a olejnin, ale i energetického obilí a všech ostatních energetických stébelnin, pokud jejich obsah vody na stojato přesahuje 20 % a mají se sklízet sběracími lisy. Při sklizni řezačkou může být vlhkost větší, jestliže se sklizená hmota dosuší na roštech, jako zavadlé seno, nebo v pásové nebo bubnové sušárně. Za pěkného počasí s případným obrácením nebo shrnutím řádků trvá dosušení na řádku nebo na roště několik dní. Za výhodné se považuje promoknutí a opětné doschnutí řádků stébelnin. To odpadá, jestliže se stébelniny sklízí na jaře - např. lesknice rákosovitá, miskantus nebo křídlatka či topinambury. Sušení ve skladech na roštech se s úspěchem provádí v nevyužitých halových senících vybavených ventilátory. Pouze je nutno upravit mezery mezi nosnými trámky tak, aby materiál nepropadával. K tomu slouží pásy děrovaných plechů. Dále je nezbytné vybavit drapáky mostových manipulačních jeřábů zcela uzavíratelnými čelistmi, dosouší-li se štěpka, u stébelnin a balíků postačí původní provedení drapáků. U stébelnin se naskladňuje materiál po vrstvách po 2 m, u štěpky a kůry podle okamžitého obsahu vody. Jako první vrstva u velmi vlhkého materiálu může být i metrová. Pro dosoušení na roštech, které mohou být i kanálového nebo trubkového typu, v jiných kůlnách než halových senících se využívá přirozený průvan nebo nucená ventilace. U paliv, na rozdíl od pícnin, je výhodné, že není třeba tolik spěchat a provětrávat jen za skutečně pěkného počasí. Vzduch s relativní vlhkostí pod 65 % dokonale palivo usuší. Při dosoušení biopaliv ve skladech je výhodný každý příhřev vzduchu, nejlacinější je přírodní - od sluníčka. Neosvědčily se způsoby, při kterých se využilo samozahřátí čerstvé štěpky (teploty dosahovaly až 60 C) k ohřevu vzduchu v palivu a následné odvětrání, neboť rychle nastávalo zaplesnivění a degradace paliva. Pokud musí být palivo uskladněno venku - zpravidla je tomu tak u kůry a dalšího podřadnějšího odpadového paliva, mělo by toto palivo být alespoň shora zakryto fólií. Dosoušení těžebního odpadu a rychlerostoucích dřevin je velmi oblíbenou technologií, přestože se zvyšuje pracnost o jednu operaci. Odpady lesní těžby se ponechávají na hromadách v místě, kam může později přijet výkonný štěpkovač. Přirozené dosoušení přes léto zbaví větve a vršky vytěžených stromů jehličí a slabých větviček a ke zpracování určený materiál ztratí podstatnou část vody, jejích obsah klesá i pod 30 %. Podobně je tomu i u dřevin z plantáží, které se sklizňovým strojem snopkují a ukládají na místě přístupném štěpkovacím strojům nebo se rovnou vozí na místo zpracování u kotelny. Dosoušení odpadním teplem ze spalin je velmi perspektivní technologií u kotelen, ke kterým se z různých důvodů vozí pravidelně vlhčí palivo, například se jedná o kotelny přímo napojení na trvalý EGF, spol. s r.o. 14

15 přísun z plantáží rychlerostoucích dřevin. S ohledem na nízké rosné body spalin při spalování suchého dřeva je možno část tepla spalin, které vycházejí z kotlů o teplotě kolem 200 C, využít přes výměník k dosušení paliva v zásobníku před kotlem. Část předehřátého vzduchu se může dokonce využít jako teplého spalného vzduchu pro topeniště. Dokonce byly uskutečněny pokusy přímo dosoušet palivo před kotlem spalinami u velkých dřevoplynových elektráren, u nás by bylo nutné v tomto smyslu uskutečnit potřebné zkoušky. Teoreticky se dokazuje, že energetický zisk by mohl činit 13 až 15 %. Závěr k problematice dosoušení vyznívá pro dosoušení biopaliv všemi možnými způsoby přesto, že velké spalovny dokáží spálit i velmi vlhké palivo (50-55 % vody), jehož výhřevnost však je velmi nízká a nedosahuje ani 10 MJ/kg a spolu s odpařenou vodou odchází ještě další teplo (2,44 MJ/kg vody). Kondenzační jednotky před komínem jsou velmi nákladné a problémy působí i vzniklý kondenzát nasycený zpravidla dehtovými zplodinami Zpracování a úpravy pevných biopaliv Dřeviny i stébelniny určené pro energetické využití mají tolik rozmanitých tvarů, že je prakticky nemožné je pro spalování využívat bez dodatečných úprav spočívajících v krácení, štěpkování, štípání, lisování nebo naopak v demontáži obřích balíků tak, aby je bylo možno buď ručně nebo strojem do spalovacích prostorů topenišť a kotlů dostat. Ruční motorová pila je zatím nenahraditelným prostředkem u dřevin, ale na plantážích byla rychle z různých důvodů nahrazena sklízecími stroji, které buď přímo palivo připravují při sklizni ve formě štěpky nebo polínek. Jedná se o upravené sklízení řezačky stébelnin nebo stroje na cukrovou třtinu. Jiné, jednodušší stroje pouze stromky odříznou a snopkují je pro další dopravu nebo dosoušení na hromadách. Stacionární nebo mobilní štěpkovačky jsou nabízeny s velkým rozsahem zpracovatelského výkonu od jednoduchých sekaček větví s výkonem několika m 3 za hodinu až k výkonným štěpkovačkám se samostatným motorem o hodinovém výkonu několika desítek m 3. Štípací hydraulické nebo mechanické (šnekové) stroje jsou vítanými pomocníky při podélném dělení polen a špalků. Držiče dřevin jsou nezbytné v linkách přípravy biopaliv pro peletování a briketování, stejně jako kladívkové drtiče stébelnin. Jejich výkonnost by měla být sladěna s výkonností lisů nebo výt o něco vyšší. Briketovací a peletovací lisy se vyrábějí s výkonností od 0,1 do 5 t/h s příkonem od několika do 100 i více kw. Doplňujícím zařízení zpracovatelských linek jsou různé mostové, portálové nebo mobilní manipulátory, dopravníky a zásobníky a především pásové a bubnové sušičky pro výrobu, kde není k dispozici palivo o vlhkosti nižší než 15 %. Pro jejich provoz se zpravidla využije část suroviny, která se nehodí pro výrobu briket, i když některé luxusní výrobny s oblibou část výrobků, například nestandardních nebo poškozených briket, k tvorbě sušícího media používají. Závěrem ke zpracovatelským systémům nutno dodat, že se jedná o velmi nákladná zařízení, která musí být využita na plný výkon celý rok a pokud možno v trvalém provozu, zejména sušičky a briketárny. EGF, spol. s r.o. 15

16 4. Technologie spalování V další části studie se budeme věnovat pouze spalování pevných biopaliv, protože spalování kapalných a plynných biopaliv se více méně neliší od spalování těchto látek fosilního původu. 4.1 Spalování pevných biopaliv Spalování biopaliv ovlivňuje několik faktorů: vysoký podíl teplem uvolňovaných plynných látek (až 80 %), dlouhé plameny a dlouhá doba prohořívání (1 i více vteřin), vyšší potřeba spalného vzduchu na jednotku paliva (LAMBDA 2), šamotové vyzdívky a dohoření spalných plynů bez ochlazení, nižší teploty měknutí a spékání popele (stébelniny od 860 C, dřevní popel od 1100 C), nižší objemové hmotnosti paliv a nižší koncentrace energie v palivu vyžaduje větší topeniště, stejně jako vlhčí palivo, určitý podíl létavého popílku s těžkými kovy vyžaduje výkonné filtry, některá paliva s vyšším obsahem dusíku a chloru vyžadují u parních kotlů určitá opatření k omezení emisí a koroze, dokonalá funkce topenišť vyžaduje použití standardního paliva se zaručenými vlastnostmi, projektová příprava nového zařízení vyžaduje všestrannou znalost požadavků na teplo, znalost jakosti a množství paliva a posouzení vhodnosti spalovacího zařízení. Přehled základních zařízení pro využívání biopaliv Každé, malé či velké, zařízení pro spalování biopaliv musí vyhovovat některým základním požadavkům: musí mít dostatečný prostor pro prohoření spalných plynů, pokud možno s přídavkem sekundárního vzduchu s turbulentním způsobem prohoření, vyzdívka topeniště musí mít dostatečnou akumulaci tepla, aby vyrovnávala tepelný režim rozkolísaný periodickým přidáváním paliva, zařízení musí umožňovat dodávku 6-9 m 3 spalného vzduchu na 1 kg sušiny biopaliva s přihlédnutím na stav prohořívání, (po přiložení stoupá podíl sekundárního vzduchu, při dohořívání stoupá podíl primárního vzduchu), výhodnější jsou topeniště, kde spalné plyny přecházejí do zóny prohoření přes žhnoucí, dohořívající uhlí, budoucnost patří automatizovaným topeništím na tvarovaná paliva s velkou koncentrací energie (pelety, brikety) a velkým automatizovaným topeništím na stadardizované palivo (štěpku, slámu) pro centrální místní vytápění. 4.2 Zařízení pro spalování biopaliv Pevná biopaliva se spalují v zařízeních o tepelném výkonu několika kw do desítek MW, od pokojových kamen po teplárny a elektrárny. Přesto, že lidstvo využívá oheň více než let, teprve v posledních 20 létech zasáhla věda a technika do konstrukcí topenišť tak, že dosahují potřebné úrovně z hlediska účinnosti spalování, přestupu a využití tepla, emisí i jakosti obsluhy, respekt. požadavků automatizace. EGF, spol. s r.o. 16

17 Základem všech procesů spalování biopaliv jsou v podstatě tři fáze, které musí splnit každé topeniště: odsušení a částeční zplynění paliva, prohoření vzniklých plynů bez ochlazení plamene, prohoření žhnoucího uhlí a předání tepla Lokální vytápění, pokojová kamna a sporáky Tvoří stále značnou část zařízení pro vytápění místností. Ze starších výrobků vyhovuje dnešním požadavkům pouze systém kamen typu CLUB se spodním odhoříváním, šamotovou vyzdívkou. Vyhovují pro spalování kusového dřeva, zejména tvrdého, briket a kombinaci dřeva s uhlím. Z novinek vyhovují zejména krbová kamna s pruhledítkem která kromě tepelné pohody vytvářejí i pohodu psychickou. K nim lze přiřadit i automatická kamna na spalování pelet, kde je obsluha snížena na minimum - jednou za čas nasypat do zásobníku palivo. U kuchyňských sporáků došlo ke zlepšení - možnost posunovat rošt směrem dolů pro zásobníkové přikládání v zimě a zlepšení hoření. Cílem je hořící plameny oddálit od studených litinových tálů. Své místo v lokálním vytápění si stále udržují pokojová kachlová kamna s mohutnou vyzdívkou s různým způsobem přikládání paliva. Jejich největší předností je předávání tepla teplovlnným sáláním, které vytváří velmi dobrou pohodu v místnosti. Všechny typy kamen pro lokální vytápění dřevem mohou být vybaveny litinovou vložkou, která ohřívá vodu pro vytápění dalších jedné nebo dvou místností. Tepelný výkon kamen pro lokální vytápění se pohybuje od 3 do 7-8 kw. Pro kamna lokálního vytápění nejsou předepsány limity emisí, ale výrobce se může řídit požadavky směrnic pro udělení označení Ekologicky šetrný výrobek, kde jsou stanoveny limity CO a NO x Kotle pro vytápění velkých budov a bloků budov Kotle pro vytápění velkých budov a bloků mají výkonnost v rozmezí kw - nejběžnější jsou o výkonu 500 kw. Jedná se zpravidla o automatické kotle na dřevní štěpku, která je ze zásobníku přiváděna různými dopravníky, zpravidla šnekový vkladač je posledním stupněm. Odhořívání je buď na šikmém roštu nebo v jednodušší keramické komoře, kde přidávaný materiál odtlačuje nepatrné množství popele do prostoru, ze kterého je popel příčně odstraňován z topeniště ven. Hořící plameny zpravidla postupují proti podávanému palivu a přecházejí do druhé, vyšamotované komory, kde po přívodu horkého sekundárního vzduchu dohoří. Teprve potom přecházejí do trubkové, teplosměnné části, která zpravidla je umístěna nad topeništěm. Řízení výkonu je opět pomocí teplotních čidel a sondami LAMBDA (obsah O 2 ve spalinách), elektronikou, která ovládá přísun paliva a činnost ventilátorů. Zvláštním řešením umožňujícím využívání starších, zpravidla litinových kotlů (s dlouhou životností), je použití předtopeniště, které se jako přídavné zařízení představuje před původní kotel. (Předtopeniště se dodává i pro starší kotle uhelné s výkonem do 100 kw). Předtopeniště má zásobníkovou násypku přecházející ve spodní části ve spalovací prostor, kde palivo odhořívá, ale dohoření probíhá v následné dohořívací komoře za přívodu ohřátého sekundárního vzduchu. Vlastní kotel má upravenou vyzdívku na způsob plynového kotle a funguje jako výměník se zachovalým tepelným výkonem. (Uhelný nebo koksový kotel nezachová svůj tepelný výkon a potřebné emise, pokud se v něm místo koksu topí dřevem, protože dlouhé plameny odnáší teplo až do komína). Rekonstrukce starších, ale zachovalých, litinových kotlů na spalování dřevních paliv uplatněním přídavného předtopeniště je mnohem levnější než pořízení nového kotle na dřevní palivo. EGF, spol. s r.o. 17

18 Zajímavé je, že kotle na spalování pevných biopaliv vycházejí v přepočtu nákladů na instalovaný výkon (Kč/kW) dráže než kotle do 100 kw nebo kotle pro výtopny s výkonem přes kw. Je to z toho důvodu, že sklad paliva, dopravní cesty, automatizace jsou přibližně stejně drahé jako u větších zařízení, ale výkon je podstatně menší. Tím spíše by v této skupině měly být uplatňovány rekonstrukce s předtopeništi Kotle pro místní, komunální výtopny Předpokládá se, že největší perspektivu v uplatnění pro spalování pevných biopaliv mají venkovské a maloměstské výtopny s tepelným výkonem kotlů od 1 do 10 MW - jak ukazuje příklad Rakouska, kde takových výtopen pracuje již více než 400. (V ČR asi 10). Jejich předností je, že mohou spalovat jak dřevní, tak slaměné palivo, nároky na jakost (sušinu) nejsou tak velké jako u malých zařízení, pro jejich provoz postačuje potenciál paliv v blízkém okolí, které dodávají majitelé lesů a polí, kteří jsou zároveň odběrateli tepla. Provoz může být zcela automatizován, je vysoce ekologický a ekonomický, přispívá ke zlepšení životního prostředí a přináší do místa pracovní příležitost i finance. Většinou se jedná o automatické kotle s roštovým způsobem odhořívání, dokonale řízeným přívodem paliva i spalného vzduchu, se systémem výrobního měření tepla a jeho dodávek odběratelům Řešení centrálních výtopen vítají většinou starší obyvatelé na vesnicích, ale i ti, kteří dojíždějí za prací. Dokonce i chalupáři, kteří mohou využívat některého systému časového vytápění. Kotelny jsou zpravidla vybaveny dvěma kotli - jeden může být na slámu, jeden na štěpku, případně je jeden na zemní plyn, je-li do obce zaveden, nebo na olej. Kaskádové řešení kotelen zabezpečuje plné vytížení jednotlivých kotlů v optimálním režimu a spolehlivou zálohu. Podmínky, které rakouská strana zdůrazňuje pro uplatnění komunální kotelny jsou: zájem všech nebo většiny občanů a institucí v obci, v čele s místní samosprávou a místními podniky, dostatek paliva v okolí se zajištěním trvalých dodávek v potřebné kvalitě, dobré technické řešení kotelny, kotlů a rozvodů horké vody, zpravidla automatizované s uplatněním předizolovaného potrubí, s přenosovým výkonem tepla 1 MW na 1 km potrubí, dotace od státu a levný úvěr spolu s cca % vlastních prostředků, místní trvalý odběr tepla nejlépe nějakým podnikem, což zajišťuje lepší rentabilitu Velké teplárny a elektrárny spalující pevná biopaliva V Dánsku a Švédsku je nařízeno zákonem, aby i velké spotřební instituce paliv využívaly pevná biopaliva. Tak například největší teplárna ve Stockholmu spotřebovává místo práškového uhlí až 250 tun dřevních pelet, dovážených z výrobních závodů z okruhu do 70 km denně. Řada výtopen a tepláren s kombinovanou výrobou tepla a elektrické energie spaluje spolu s uhlím i dřevní štěpku a slámu v Dánsku. Tyto požadavky plní jednak roštové kotle, ale i kotle fluidní, jedna teplárna ve Švédsku pracuje se systémem tlakového zplyňování plynovými turbinami i parními turbinami. Za velkou přednost společného spalování uhlí s biomasou se považuje, že některé prvky z uhlí, jako je například síra, se slučují s draslem a vápníkem z biomasy a zůstávají v popeli. Literatura uvádí, že to umožnilo nebudovat odsiřovací zařízení. Biopaliv se přidává různý podíl, zpravidla do 50 %, ale některé teplárny pracují jen z biopalivy (např. Schkölen v Německu). Lze jen litovat, že pro různé příčiny nebyl zatím realizován záměr spalovat asi tun dnes nevyužívané slámy na okrese Chomutov v elektrárně Tušimice. Jedním z důvodů bylo, že nabízená sláma, i když měla výhřevnost 14 MJ/kg (14 GJ/t), byla o něco dražší než energetické uhlí z dolu NÁSTUP (10 GJ/t). Návrh počítal, že místo budování venkovských komunálních kotelen na toto palivo bude využito odpadové teplo z elektrárny. EGF, spol. s r.o. 18

19 4.2.5 Závěr k zařízení na spalování biopaliv Nepochybně nastane v nejbližších létech rychlejší rozvoj využívání místních, dostupných zdrojů energie rostlinného původu. Vznikne řada podniků vyrábějících kvalitní tvarované palivo (pelety, brikety, polínka) pro menší kotle. Postupně bude vybudována řada komunálních výtopen, v prvé řadě půjde o rekonstrukce dnešních kotelen na uhlí. Těžba uhlí, která dnes klesla v důsledku snížení průmyslové výroby, zateplením budov, ale zejména plynofikací, po uvedení JET, dále nezbytně klesne - alespoň se tím posune okamžik úplného vytěžení zásob. Možnost kombinovaného spalování biopaliv a uhlí by však z různých důvodů měla být v ČR zachována. Kogenerace výroby tepla a elektřiny na bázi spalování biopaliv bude zatím odsunuta do budoucna. Nezbytné je však učinit legislativní rozhodnutí v oblasti pěstování vysoce výnosových energetických plodin a vytvořit základní pravidla pro poskytování dotační pomoci v této oblasti, kterou by mohl čerpat každý, kdo tato pravidla splní. Subjektivní výběrové řízení je přežitkem. 5. Definice jednotek: 1 prm (prostorový metr) = 0,64 m 3 (kubík) 1 prm = 450 kg 1 t (tuna) má výhřevnost 8 GJ 1 t = 2,222 prm 1 prm = 3,6 GJ EGF, spol. s r.o. 19

20 6. Využití biomasy pro výrobu tepla Projekt je rozdělen na tři části, které se týkají: 6.1 paliva 6.2 technologie spalování 6.3 spotřebiče tepla Ad 1) je definováno palivo a to v těchto kriteriích: druh (popisem, velikostí, vlhkostí, tak aby byla určena výhřevnost) množství (roční produkce v tunách) cena místo vzniku paliva Tedy: štípané dřevo v délkách od 20 cm do 50 cm 1 prm = 3,6 GJ množství prm 400,-- Kč/prm z produkce SNPŠ dřevěná peleta 1 t = 18 GJ množství tun za rok 3 500, -- Kč za tunu z paletizační linky v Horní Vltavici Ad 2) je definována přeměnu paliva v teplo pro spotřebitele včetně logistiky paliva s tímto postupem: doprava paliva z místa vzniku do místa spotřeby (jeho realizovatelnost a cena) výběr vhodné technologie pro spalování (doba instalace, cena instalace) Tedy: Prodej bude prováděn ve velkých přepravních vacích (big-bag), který bude majetkem objednatele paliva a bude mu nabídnut zpětný odkup. Doprava je počítána na 4 jízdy denně po 50 km, tj. 200 km denně. Po 40 Kč/km to činí 8 000,-- Kč denně. Tedy 1,6 mil. ročně. Ad 3) spotřebitele tepla jsou rozděleni do tří skupin a každá skupina samostatně řešena: skupina malospotřebitelů (typicky rodinné domy RD) skupina středních odběratelů (typické objekty: školy, školky, úřady, malé společnosti, atd.) skupina velkospotřebitelů (typické objekty: areály velkých společností, odběratelé biomasy pro výrobu elektřiny a tepla, městské teplárny, atd.) EGF, spol. s r.o. 20