Obnovitelné zdroje energie

Transkript

1 ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra Technických zařízení budov Obnovitelné zdroje energie doc. Ing. Michal Kabrhel, Ph.D. Pracovní materiály pro výuku předmětu

2 je hmota organického původu (rostlinného i živočišného). Rostlinná biomasa (fytomasa) složena z vody, oxidu uhličitého ze vzduchu, malého procenta různých prvků z půdy a za existence fotosyntézy a slunečního záření o volné vlnové délce 0,38 až 0,79 mikronů: 6 CO H 2 O + energie + stopové prvky = C 6 H 12 O O 2 Vytváří se cukry, škrob, lignin, bílkoviny, tuky, latexy, vláknina-celulóza a další látky. Fotosyntéza - pomocí zeleného barviva (chlorofylu) je zachycována do org. sloučenin sluneční energie. Hlavní přínosy biomasy: redukce skleníkových plynů snížení závislosti na dovozu energie regionální rozvoj 3 Způsoby získávání energie Termo-chemicky (spalování)-problematika vlhkosti- např. dřevo za 1,5 roku w=20%, výhřevnost závisí na množství hořlaviny (organická část, směs hořlavých uhlovodíků). Spalování přímé nebo spalování vyrobených kapalných nebo plynných produktů (olej,..) C 6 H 12 O O 2 = 6 CO H 2 O + energie + popel Bio-chemicky (fermentace, alkoholové kvašení, anaerobní vyhnívání, metanové kvašení (bioplyn)) Mechanicko-chemická přeměna (lisování olejů, štípání, drcení, lisování, peletování, výroba bionafty) 4 2

3 Pěstovaná k energetickým účelům Lignocelolůzové Dřeviny (vrba, olše), obiloviny Travní porosty (sloní tráva) Ostatní porosty (šťovík,..) Olejnaté (řepka, slunečnice) Škrobo-cukernaté (brambory, kukuřice) Nutný dobrý ekonomický rozbor záměru. 5 Odpadní produkty Rostlinné odpady - zemědělská prvovýroba (řepková sláma, sekaná tráva, sláma..) Lesní odpady (dendromasa) - nevyužitá stromová hmota po lesní výrobě (větve, pařezy) Organické odpady z průmyslové výroby (dřevařská výroba, cukrovary, mlékárny,..) Odpady ze živočišné výroby (hnůj, kejda,..) Komunální organické odpady (kal, komunální tuhý odpad) 6 3

4 Rostlinné odpady Zelené rostliny - zbytky z krmných rostlin a zeleniny - vysoká vlhkost vede k z pracování technologií bioplynu - průměrný obsah sušiny 17MJ/kg 7 Rychle rostoucí rostliny Dřeviny (RRD)-výmladkové platáže využitelnost po 8 letech, životnost let nejedná se o zemědělskou půdu, (cca 1h/1RD) topoly, vrby (ověřované jilm, olše) Byliny (energetické byliny) Jednoleté, víceleté, vytrvalé, nižší energetický zisk např. šťovík, sklizeň od 2 roku každý rok, životnost 10 let, cena energie cca 100 Kč/GJ Rostliny obsahující škrob a cukr výroba etanolu (brambory, kukuřice) Olejnaté rostliny výroba oleje, využití vedlejších produktů (řepka, slunečnice) 8 4

5 Sklizeň rostlin 9 Mechanicko-chemická přeměna Výroba paliv štípání, řezání-výroba možná i v malospotřebě drcení, lisování, peletování, štěpkování -nutné speciální stroje, jejichž pořízení se vyplatí pro větší zdroje tepla nebo pro prodej-centrální kotelny pro spalování biomasy s dálkovým rozvodem tepla Doprava paliva-manuální, automatická 10 5

6 Palivo upravené do lépe využitelné podoby: (výroba paliva-cena energie-dostupnost) štěpka -použití: kotle na kusové dřevo, interiérové kotle, krbová kamna, kotelny na automatické spalování biomasy dřevo-použití: kotle na kusové dřevo, interiérové kotle, krbová kamna dřevní brikety-použití: kotle na kusové dřevo, interiérové kotle, krbová kamna piliny- kotle na kusové dřevo, kotelny na automatické spalování biomasy pelety-slisované piliny a hobliny v podobě malých válečků. Umožňují automatizovat dopravu paliva do kotle. Výhřevnost do 18MJ/kg 11 Dřevo energetické vlastnosti závislé na obsahu vody w=50% výhřevnost je poloviční ve srovnání s w=10% cca 16 MJ/kg Parametry 12 6

7 Termíny Výhřevnost -množství tepla, uvolněného dokonalým spálením jednoho kilogramu paliva při stejné teplotě, vodní pára nezkondenzuje Spalné teplo -je množství tepla, které se uvolní dokonalým spálením 1kg paliva o teplotě 20 C při ochlazení spalin znovu na 20 C, přičemž zkondenzuje vodní pára zpět na vodu Obsah vody max 100% m1 hmotnost vzorku surového dřeva m2 hmotnost vzorku po vysušení Technický pohled Dřevozprac. průmysl 13 Energetické vlastnosti 14 7

8 Spalování biomasy přímé spalování ekonomické u produktů ze dřeva (polena, štěpka, brikety, pelety) a slámy nutný nízký obsah vlhkosti u slámy vysoký obsah létavých částeček zplyňování přeměna pevných paliv v plynná paliva teploty 500 až 1200 C, způsob konverze ligninu (tvoří cca % biomasy), kdy je objem hmoty redukován až o 90 %. Jako vstupní surovinu na výrobu syntetického plynu lze použít různé druhy obilovin, trávu, rychle rostoucí dřeviny (topoly, vrby). Nejlepší účinnosti zařízení se dosáhne, pokud je konstruováno speciálně pro daný druh paliva. pyrolýza zužitkování tuhých odpadů 15 Kotle se zásobníkem Objem zásobníku běžně 3-5 m

9 Velké zdroje Automatické kotle umožňují spalovat i méně kvalitní paliva jako jsou dřevní štěpka, sláma, kůra. Kotle vhodné zejména pro CZT. Náklady na výstavbu zdroje tepla jsou investičně závislé na dostupnosti vhodného zázemí. Provozní náklady pak na dostupnosti paliva a případně nutnosti jeho dopravy. 2,7 MW Dešná Jidřichův Hradec 17 Schéma bioplynové stanice

10 Fotobioreaktor Uzavřené zařízení pro pěstování řas Řasy využívají pro svůj růst CO2 Solární záření Vodu možnost využití odpadní vody a její čištění řasami Řasy je možné jako biomasu dále zpracovávat Spalování po vysušení Využití škrobu a lipidů (biopalivo 2. generace) Zdravotnictví, kosmetika Krmivo a potraviny 19 Kogenerace Kombinovaná výroba elektrické energie a tepla (KVET, CHP) Jedná se zpravidla o přeměnu primární energie na energii elektrickou tak, aby bylo možné využít odpadní teplo. Podmínkou využití kogenerace je celoroční zajištění odběru tepla v blízkosti zdroje (např. příprava TV, technologie, vytápění). Umístění zdrojů: teplárny v blízkosti měst elektrárny v blízkosti zdroje paliva Trigenerace - výroba tepla, chladu a el. energie 20 10

11 Porovnání spotřeb energie Kogenerace 21 Kogenerace Technologie zdrojů KVET: Parní protitlaková turbína Parní odběrová turbína Plynová turbína s rekuperací tepla Paroplynové zařízení s dodávkou tepla Spalovací pístový motor Další technologie mikroturbína, Stirlingův motor, palivový článek, parní stroj, organický Rankinův cyklus a kombinace uvedených technologií a zařízení

12 Kogenerace Spalovací pístové motory Motor spalující levné palivo s přeměnou mechanické práce na elektrickou energii v generátoru a s využitím vznikajícího tepla. Nejběžněji využito v malých a středních kog. jednotkáchnemocnice, sportovní haly, bazény, obchodní a administrativní centra, ČOV, bioplynové stanice, okrskové kotelny. Provedení od malých 2 válcových kompaktních motorů až po oddělené 18 válcové umístěné z důvodu hluku v samostatných prostorách. 23 Kogenerace Mikrokogenerace současná výroba tepla a elektřiny při vysoké účinnosti Mikrokogenerace výroba elektřiny a tepla pro oblast malých výkonů (rodinné domy,..) při nízkých emisích Technologie Stirlingův motor Motor s vnitřním spalováním Palivový článek