Využitie biomasy pri výrobe tepla vo verejnom sektore. Dr. Ing. Jozef Šoltés, CSc. Národná energetická spoločnosť a. s. 1

Transkript

1 Využitie biomasy pri výrobe tepla vo verejnom sektore Dr. Ing. Jozef Šoltés, CSc. Národná energetická spoločnosť a. s. 1

2 Obsah O B S A H : 1. Úvod 2. Možnosti energetického využitia biomasy pri výrobe tepla a kombinovanej výrobe 3. Swot analýza využitia biomasy 4. Technológie pre výrobu tepla a kombinovanú výrobu na báze využitia biomasy 5. Praktické príklady energetického využitia biomasy Národná energetická spoločnosť a. s. 2

3 1. Čo je biomasa Definícia biomasy, bioplynu a biometánu je uvedená v zákone č. 309/2009 Z. z. Biomasa je biologicky rozložiteľná zložka výrobku, zvyšku rastlinných látok a živočíšnych látok z poľnohospodárstva, lesníctva, biologicky rozložiteľná zložka komunálneho odpadu a biologicky rozložiteľná zložka priemyselného odpadu vrátane lúhu zo spracovania dreva Bioplyn je plyn určený na energetické fermentáciou využitie, vznikajúci z biomasy Biometán je upravený bioplyn, ktorý má technické parametre porovnateľné s technickými parametrami zemného plynu. Národná energetická spoločnosť a. s. 3

4 2. Energetické využitie Energeticky využívať biomasu je možné niekoľkými spôsobmi: a) Termochemickou premenou (tzv. suché procesy): - spaľovanie (produktom je vysokopotenciálne teplo), - splyňovanie (produktom je vykurovací plyn), - pyrolýza (produktom je bioolej a decht), b) Biochemickou premenou (tzv. mokré procesy): - alkoholové kvasenie (fermentácia, výroba etanolu), - metánové kvasenie (anaeróbna fermentácia, výroba bioplynu), c) Chemickou premenou: - esterifikácia surových bioolejov. Národná energetická spoločnosť a. s. 4

5 2. Energetické využitie Rastliná biomasa Zvieracie exkrementy Úpravňa - drvenie, lisovanie, sušenie Spaľovanie Pyrolýza Splyňovanie Skvapalňovanie Fermentácia Kompostovanie Drevené uhlie Generátorový plyn Syntéza Etanolová fermentácia Anaerobná fermentácia Vysokopotenciál. teplo Syntetický plyn Metanol Ťažký olej Etanol Bioplyn, biometán Nízkopotenciálne teplo Kotol Parná turbína, motor ORC - cyklus Plynová turbína, motor Palivové články Tepelné čerpadlo Vykurovanie, príprava TÚV Elektrina Kvapalné palivá, oleje Národná energetická spoločnosť a. s. 5

6 Silné stránky 3. Swot analýza atraktívna oblasť pre medzinárodné investície obnoviteľnosť zdroja energie, na rozdiel od fosílnych palív, z hľadiska produkcie tzv. skleníkových plynov, najmä CO 2, sa zatiaľ považuje biomasa za neutrálne palivo (CO 2 sa síce pri spaľovaní uvoľňuje, ale približne rovnaké množstvo CO 2 je fotosyntézou pri raste biomasy z atmosféry spotrebované), väčšinou zanedbateľný obsah síry, zvyšuje nezávislosť na dovoze primárnych energetických zdrojov, často druhotná surovina napr. z drevospracujúceho priemyslu, čo je výhodou z hľadiska ekonomického (cena) ako aj odpadového hospodárstva, pestovanie biomasy zlepšuje sociálne pomery (zamestnanosť) vidieka pri transformácii poľnohospodárstva (prevod potravinárskej produkcie na priemyselnú) a prispieva k ochrane životného prostredia (odstraňuje sa devastácia pôdy spôsobená priemyselnou a ťažobnou činnosťou), Národná energetická spoločnosť a. s. 6

7 Slabé stránky 3. Swot analýza nedostatok podnikateľskej infraštruktúry, nedostatok vlastných finančných zdrojov, nedostatočná štruktúra v oblasti poradenstva, cena biomasy často vplyvom spracovania a dopravy prevyšuje cenu fosílnych palív, absencia fungujúceho trhu s biomasou, spoľahlivosť dodávky do energetickej výrobne môže byť nižšia ako u ostatných palív, sezónnosť pestovania energetických rastlín vyžaduje skladovanie v pomerne veľkom rozsahu, pokiaľ nie je skladovaná voľne na mieste výskytu, menšia účinnosť a nižší výkon dostupných zariadení na energetické využitie biomasy (v porovnaní so zariadeniami na fosílne palivá (napr. ZP, vykurovací olej atď.), nižšia ponuka špecializovaných zariadení pre spracovanie a dopravu biomasy, nebezpečie úniku škodlivých látok pri niektorých technológiách (dioxíny, prach, NO x, pevné a kvapalné odpady). Národná energetická spoločnosť a. s. 7

8 Príležitosti 3. Swot analýza nárast významu obnoviteľných zdrojov energie v energetickom hospodárstve je príležitosťou na rozvoj nových priemyselných odvetví, vrátane stavebníctva, s dopytom produkcií s vysokou mierou pridanej hodnoty, nárastom využitia biomasy sa zvýši zamestnanosť pri jej pestovaní, ťažbe a spracovaní, čo môže významne prispieť k náhradným programom pre poľnohospodárske podnikanie a k ochrane krajiny Národná energetická spoločnosť a. s. 8

9 Ohrozenia 3. Swot analýza lacná elektrina z fosílnych palív, investície do obnoviteľných energetických zdrojov budú závislé na tom, či sa podarí rýchle znižovať merné investičné náklady tak, aby sa v budúcnosti zlepšovala ich konkurencieschopnosť v porovnaní s klasickými zdrojmi, podpora vývoja, investícií a prevádzky OZE sa predpokladá predovšetkým zvýšením cien elektriny pre konečných zákazníkov, čo môže viesť aj k negatívnemu prístupu obyvateľstva a tým aj k ohrozeniu splnenia cieľov v ich využití a v konečnom dôsledku k ohrozeniu splnenia cieľov v ochrane životného prostredia, nedodržanie harmonogramu stavby, spoľahlivosti a technických vlastností nového zariadenia v súvislosti s nedostatkom finančných prostriedkov, negatívne vyjadrenia orgánov ochrany ŽP, pre výrobcu (pestovateľa a spracovateľa) riziko pri zavádzaní a pestovaní nového typu biomasy s 2 až 8 ročným cyklom (napr. otázka uplatnenia na trhu), nedostatočná technologická infraštruktúra, nevhodná a tým aj neekonomická doprava a spracovanie biomasy, neexistencia dlhodobej a spoľahlivej domácej dodávky biomasy a nedostatok skúseností so skladovaním a spracovaním biomasy, zavádzanie nových (dostatočne neodskúšaných) technológií a infraštruktúry, najmä pri nestálej situácii subvencovania využitia biomasy, Národná energetická spoločnosť a. s. 9

10 Energetické využitie pevnej biomasy pri výrobe tepla a elektriny 4. Technológie energetického využitia biomasy Anaerobné splyňovanie, zušľachťovanie, Termické splyňovanie Spaľovanie Čistenie plynu Parný kotol Termoolejový kotol Horúcovodný kotol Výmenník spalinyvzduch Teplovodný kotol Palivový článok Plynový motor Plynová turbína Horúcovzdušná turbína Stirlingov motor Parná turbína Parný piestový motor Parný skrutkovicový motor ORC proces Kombinovaná výroba elektriny a tepla Výroba tepla Výroba elektriny Výroba tepla na priemyselné účely Výroba tepla na vykurovanie a TÚV Národná energetická spoločnosť a. s. 10

11 4. Parná turbína, parné motory Škrtiaci ventil Spaliny Biomasa Vzduch Kotol Redukčný ventil Redukčný ventil Parná turbína G Generátor Napájacia nádrž Úprava vody Voda Napájacie čerpadlo Kondenzátne čerpadlo Škrtiaci ventil Skrutkovicový motor Kondenzátna nádrž Kondenzačný výmenník tepla Prevodovka G Generátor Obehové čerpadlo Škrtiaci ventil Vstrekovanie oleja Parný piestový motor Lapač Olej oleja Spotrebič tepla G Generátor Obehové čerpadlo Národná energetická spoločnosť a. s. 11

12 4. ORC Redukčný ventil Turbína G Generátor Biomasa Vzduch Obehové čerpadlo Kotol Okruh termického oleja Výparník ORC - okruh Obehové čerpadlo Kondenzačný výmenník tepla Spaliny Obehové čerpadlo Dochladzovač spalín Spotrebič tepla Národná energetická spoločnosť a. s. 12

13 4. Plynová turbína Vstrekovanie pary Biomasa Spaľovacia komora Kompresor Cyklón Turbína G Generátor Spaliny Vzduch Luvo Obehové čerpadlo Výparník Spotrebič tepla Dochladzovač spalín Obehové čerpadlo Ohrievač vody Nízkoteplotný spotrebič tepla Dochladzovač spalín Kondenzátor Kondenzátne čerpadlo Národná energetická spoločnosť a. s. 13

14 4. Horúcovzdušná turbína Vysokoteplotný výmenník Ohrievač vody Dochladzovač spalín Spaliny Biomasa Spaľovacia komora Cyklón Stabilizácia Vstrekovanie vody Obehové čerpadlo Spaliny Luvo Voda Vzduch Turbína Vzduch Kompresor G Generátor Spotrebič tepla Národná energetická spoločnosť a. s. 14

15 4. Bioplynová stanica Biofermentor Zásobník Fakľa Generátor G Spaľovací motor/ spaľovacia turbína Vzduch Národná energetická spoločnosť a. s. 15

16 5. Rozhodovanie o využití biomasy Všeobecne: zistenie možných kapacít jednotlivých druhov biomasy v danej lokalite, zistenie potrieb konečných produktov využitia biomasy, zistenie prekrytia lokality výskytu biomasy s lokalitou využitia konečného produktu, zváženie dovozu biomasy do miesta spracovania, výber miesta spracovania biomasy, posúdenie jednotlivých možných technológií spracovania biomasy, výber vhodnej technológie, výpočet ekonomickej návratnosti projektu, rozhodnutie o realizácii alebo zamietnutie projektu. Národná energetická spoločnosť a. s. 16

17 5. Rozhodovanie o využití biomasy Základné faktory ovplyvňujúce návrh technológie: maximálny potrebný výkon (tepelný resp. elektrický) zdroja tepla, vyvedenie elektrického a tepelného výkonu, predpokladaný časový priebeh potreby tepla, požiadavka na teplonosné médium (druh, parametre), potreba výkonovej rezervy zdroja, možnosti použitia náhradného paliva, množstvo a kvalita biomasy, spoľahlivosť dlhodobých dodávok disponibilnej palivovej biomasy, Národná energetická spoločnosť a. s. 17

18 5. Rozhodovanie o využití biomasy Základné faktory ovplyvňujúce návrh technológie: ekonomické hodnotenie disponobilných zdrojov palivovej biomasy, priestorové možnosti umiestnenia technológie, skladovanie paliva, zabezpečenie kvalifikovanej obsluhy technológie a riadenia prevádzky zdroja kombinovanej výroby, konkurencieschopnosť použitia iného paliva, ekologické aspekty prevádzky, komplexná predprojektová príprava realizácie predmetného zdroja. Národná energetická spoločnosť a. s. 18

19 5. Rozhodovanie o využití biomasy Pri samotnom výbere technológie je potrebné rešpektovať najmä tieto základné zásady: definovať kvalitu disponibilnej biomasy, v prípade externých zdrojov definovať kvalitu alternatívneho zdroja paliva, vyhodnotiť cenu a náklady, v prípade vlastnej prípravy biomasy (napr. štiepkovanie) vyhodnotiť jej nákladovosť, definovať spôsob dopravy biomasy dopravné trasy a zásobníky paliva prispôsobiť typu a kvalite paliva, kapacitu zásobníka voliť tak, aby palivo postačovalo aspoň na 48 hodinovú prevádzku na menovitý výkon, konštrukcia kotla musí vyhovovať najnepriaznivejšiemu používanému palivu, Národná energetická spoločnosť a. s. 19

20 5. Rozhodovanie o využití biomasy Pri samotnom výbere technológie je potrebné rešpektovať najmä tieto základné zásady: garancia dodržania emisných limitov aj pri najmenej priaznivom zložení používaného paliva, správne výkonové dimenzovanie výrobných jednotiek vrátane výkonovej rezervy, obmedzenie potreby ľudskej práce, definovanie spôsobu riadenia prevádzky, nasadenie vhodného riadiaceho systému. Národná energetická spoločnosť a. s. 20

21 5. Príklady energetického využitia biomasy (stredné Slovensko) Energetické využívanie biomasy je veľmi rôznorodé ako pri výrobe tepla, tak aj pri výrobe elektriny resp. kombinovanej výrobe. Na Slovensku je biomasa pri výrobe tepla resp. v kombinovanej výrobe využívaná najmä formou priameho spaľovania drevnej biomasy v rôzne konštruovaných kotlových jednotkách. Biomasa sa na tento účel využíva najmä vo forme: kusového dreva (najčastejšie malé kotle s výkonom do 100 kw), drevnej štiepky (najčastejšie kotle s výkonom od 600 kw vyššie), drevných brikiet (najčastejšie kotle menších výkonov do 250 kw), drevných peliet (spravidla kotle v intervale výkonov 10 až 2500 kw), kôry (spravidla kotle od 1 MW vyššie), pilín a iného drevného odpadu (kotle od 10 kw). Národná energetická spoločnosť a. s. 21

22 5. Príklady energetického využitia biomasy (stredné Slovensko) Oblasť zásobovania teplom v závislosti od počtu kotlov 8,70% 8,70% 4,35% 78,26% Verejná sféra (školy, úrady, zdravotníctvo atď.) Priemysel Bytovo-komunálna sféra KVET - priemysel + bytovo-komunálna sféra Oblasť zásobovania teplom v závislosti od inštalovaného výkonu kotlov 4,89% 6,90% 11,01% 77,21% Verejná sféra (školy, úrady, zdravotníctvo atď.) Priemysel Bytovo-komunálna sféra KVET - priemysel + bytovo-komunálna sféra Národná energetická spoločnosť a. s. 22

23 5. Príklady energetického využitia biomasy (stredné Slovensko) Používané palivá v závislosti od počtu kotlov 8,70% 2,17% 2,17% 4,35% 8,70% 2,17% 71,74% Drevná štiepka Drevné pelety Drevné piliny Kôra Kusové drevo Hnedé uhlie + drevná štiepka Drevná štiepka + piliny Používané palivá v závislosti od inštalovaného výkonu kotlov 10,26% 6,90% 5,07% 0,44% 45,42% 31,79% 0,12% Drevná štiepka Drevné pelety Drevné piliny Kôra Kusové drevo Hnedé uhlie + drevná štiepka Drevná štiepka + piliny Národná energetická spoločnosť a. s. 23

24 5. Príklady energetického využitia biomasy (stredné Slovensko) Vykurovacie médium v závislosti od počtu kotlov 4,35% 8,70% 86,96% Teplá voda Horúca voda Para Vykurovacie médium v závislosti od inštalovaného výkonu kotlov 6,64% 5,89% 87,47% Teplá voda Horúca voda Para Národná energetická spoločnosť a. s. 24

25 5. Príklady energetického využitia biomasy (stredné Slovensko) Výška emisií CO a NO x Výkon kotla [kw] Emisie [mg/m 3 ] 10 TV TV TV TV TV TV TV TV TV TV TV TV TV TV TV TV TV TV TV TV TV TV TV TV TV TV TV TV TV TV TV TV TV TV TV TV TV TV TV TV HV HV P P P P Teplonosné médium 0 Výkon kotla Emisie CO [mg/m3] Emisie NOx [mg/m3] Národná energetická spoločnosť a. s. 25

26 5. Príklady energetického využitia biomasy Vykurovanie obecnej plavárne Závadka nad Hronom Východisko: Riešenie: Financovanie: Vyjadrenie starostky: Teplo dodávané zo vzdialenej plynovej kotolne cez energokanál s veľkými stratami vysoké náklady, neudržateľná prevádzka. Inštalácia kotla na štiepku o výkone 200 kw spoločnosťou BioEkoTerm Závadka priamo v objekte plavárne. Zmluvná dodávka paliva (štiepka s vlhkosťou do 30%) a prevádzka kotla. Obec uhrádza nájom (všetky náklady na zabezpečenie tepla) určitá forma energetickej služby! Určite by som takýto systém využila znova, pre obec to znamenalo výrazné zníženie nákladov! Národná energetická spoločnosť a. s. 26

27 Dr. Ing. Jozef Šoltés, CSc. Národná energetická spoločnosť a. s. Národná energetická spoločnosť a. s. 27