Bionafta Bionafta z řepkového semene se lisuje olej působením katalyzátoru a vysoké teploty se mění na metylester řepkového oleje = bionafta první generace mísí se s některými lehkými ropnými produkty, nebo s lineárními alfa-olefiny, aby jeho cena mohla konkurovat běžné motorové naftě = bionafta druhé generace (musí obsahovat alespoň 30 % MEŘO) od 1.9. 2007 se u nás do motorové nafty přimíchává 2% metylesteru mastných kyselin od roku 2010 má povinný podíl bioložky v motorových palivech v zemích EU činit 5,75 % z celkové spotřeby benzínu a motorové nafty 1 2 vzniká fermentací roztoků cukrů hodnými materiály jsou cukrová řepa, obilí, kukuřice, ovoce nebo brambory cukry mohou být vyrobeny i ze zeleniny nebo celulózy teoreticky lze z 1 kg cukru získat 0,65 l čistého etanolu, praxi je energetická výtěžnost 90 až 95 %. fermentace cukrů může probíhat pouze ve vodním prostředí vzniklý alkohol je nakonec oddělen destilací 3 4 bioetanol je vysoce hodnotným kapalným palivem pro spalovací motory přednostmi jsou ekologická čistota antidetonační vlastnosti nedostatkem je schopnost vázat vodu nutno řešit přidáním antikorozních přípravků pro ochranu motorů Biopaliva druhé generace výzkum výroby etanolu z celulózy pomocí speciálně vyšlechtěných mikroorganismů etanol lze pak získat i ze dřeva, slámy nebo sena výroba je energeticky náročná. čistý bioletanol se prodává pod označením E85 a používá do speciálně upravených spalovacích motorů od 1. ledna 2008 se v ČR do automobilového benzínu povinně přimíchává 2 % bioetanolu 5 6 1
Vznik bioplynu anaerobní methanová fermentace organických materiálů methanizace je souborem procesů při nichž směsná kultura mikroorganismů postupně rozkládá biologicky rozložitelnou organickou hmotu proces methanizace má 4 fáze: hydrolýza acidogeneze acetogeneze methanogeneze tento proces se vyskytuje běžně v přírodě energeticky nevyužitelný cílená výroba bioplynu řízené fermentační procesy pro energetické využití Rozdělení bioplynových stanic zemědělské cíleně pěstované plodiny travní porosty odpady ze živočišné výroby čistírny odpadních vod čistírenské kaly skládkové jímání plynu ze skládek tuhého komunálního odpadu průmyslové jateční odpady odpady z potravinářských výrob 7 8 9 10 Součinnost zemědělství a bioplynové stanice Hlavní části bioplynové stanice 11 12 2
Hmotová a energetická bilance 13 14 15 16 Čistička odpadních vod 17 3
Produkce bioplynu Vyhnívací nádrže s plynojemem Energocentrum a kotelna Kogenerační jednotky Potřeba tepla a produkce v KJ Vzorek kalu odebraného v ÚČOV Praha Nízká výhřevnost mokrého kalu SUŠENÝ KAL ODVODNĚNÝ KAL sušina při 105 C % 95 5 34 5 popel % hm. suš. 48,50 55,05 vlhkost (voda) % 4,7 5 66 5 výhřevnost MJ/kg suš. 11,88 11,67 spalné teplo MJ/kg 11,82 4,15 4
Získávání skládkového plynu DKVET na bázi spalování biomasy DKVET = decentralizovaná kombinovaná výroba elektřiny a tepla lze řešit Stirlingovým moterem výkon jednotky až desítky kw zařízením na bázi ORC výkon 100 až 2000 kw kogenerací s parní turbínou od výkonu 500 (1500) kw DKVET na bázi motoru s vnějším přívodem tepla Nezanedbatelný potenciál pro rozšíření KVET může být získán z mikrocentrál pro KVET v rodinných domech s tepelnými příkony od 5 do 50 kwt. Vhodnou jednotkou v tomto výkonovém segmentu může být motor s vnějším přívodem tepla - Stirlingův motor (StM). Tento motor pracuje v uzavřeném pracovním cyklu s přívodem a odvodem tepla přibližně při konstantní teplotě. přívod a odvod tepla v motoru přes teplosměnnou plochu, vede k výhodám: velká variabilita v používaných palivech, včetně možnosti využít paliva, které se dosud nepodařilo ve SM úspěšně využít, např. plyn vznikající zplyněním biomateriálů, StM může využívat i jiné zdroje energie (sluneční, geotermální,...), lze očekávat účinnost vyšší než u klasických SM, podstatně menší úroveň škodlivin, hluku a vibrací, nenáročná údržba a očekávatelná dlouhodobá provozní spolehlivost. demonstrační projekt jednotky Sigma PCP o elektrickém výkonu 3 kwe, tepelném výkonu 9 kwt, s modulem teplárenské výroby elektřiny e = 0,33 a celkovou účinností η c = 0,95 (při vztažení na horní výhřevnost paliva). Hrubé ekonomické ukazatele: Investiční náklady na jednotku 2800 GBP (933 GBP/kWe). Investiční náklady na srovnatelnou plynovou kotelnu jsou 1200 GBP. Zvýšená investice ve výši 1600 GBP se vrátí za 4 roky. Teoretickým základem je válec, který obsahuje dva protilehlé písty a regenerátor mezi nimi. regenerátorem se myslí určitá termodynamická houba", alternativně uvolňující a absorbující teplo. jeden ze dvou objemů mezi regenerátorem a písty se nazývá expanzní prostor a udržuje se při určité vysoké teplotě T max. druhý objem se nazývá kompresní prostor a udržuje se při určité nízké teplotě T min. předpokládáme proto existenci teplotního spádu (gradient) T max - T min skrze objem regenerátoru Na počátku cyklu je píst kompresního prostoru v dolní úvrati píst expanzního prostoru v horní úvrati (blízko k čelní ploše regenerátoru) veškerá pracovní tekutina je v tomto okamžiku v chladném, tedy kompresním prostoru Během komprese (proces 1-2) kompresní píst se pohybuje směrem k horní úvrati píst v expanzním prostoru zůstává stát. pracovní látka se stlačuje v kompresním prostoru, tlak roste 5
V procesu 2 3 stlačená pracovní tekutina se přemísťuje z kompresního prostoru přes regenerátor do expanzního prostoru, aniž by změnila svůj objem. dochází vlivem ohřevu v expanzním prostoru ke vzrůstu teploty a tlaku tekutiny kompresní píst přitom dorazí do své horní úvrati expanzní píst se pohybuje směrem od regenerátoru. V další fázi (3-4) expanzní píst pokračuje až do své dolní úvrati pracovní tekutina se rozpíná za stálého ohřevu při teplotě T max, tlak klesá na úroveň bodu 4. V závěrečné fázi ohřátá tekutina se vrací opět přes regenerátor do kompresního prostoru za stálého objemu vlivem změny teploty z T max na T min klesá i tlak na výchozí hodnotu danou bodem 1 a cyklus se opakuje. Peletový kotel se Stirlingovým motorem Peletový kotel se Stirlingovým motorem 6
ORC = organický Rankinův oběh původně určen pro nízkoteplotní aplikace pracovním médiem jsou organické látky na bázi chladiv silikonových olejů volbou vhodného pracovního média lze posunout pracovní teplotu až k hranici 350 C a teplo získávat spalováním biomasy pracovní médium nelze ohřívat přímo v kotli spalujícím biomasu nutno vložit termoolejový okruh výhody ORC malé skupenské teplo pracovního média nižší tlak (10bar) a teplota (350 C) v celém oběhu vyšší životnost zařízení nižší otáčky turbíny umožňují přímý pohon generátoru možnost vysokého stupně rekuperace tepla expanze končí v oblasti přehřáté páry - minimální eroze lopatek turbíny velký regulační rozsah (cca 20 až 100% jmenovitého výkonu) poměrně vysoká účinnost i při nízkých výkonech vyšší než u parního oběhu nevýhody ORC drahé a nebezpečné pracovní médium vysoká investiční náročnost ORC jednotka Termoolejový kotel výměníková část 7