Všeobecne o splyňovaní biomasy
Biomasa predstavuje v podmienkach Slovenskej republiky, jeden z najperspektívnejších obnoviteľných energetických zdrojov. Biomasa je organická hmota rastlinného pôvodu a má obnoviteľný charakter. Je zámerne získavaná z poľnohospodárskej činnosti alebo lesníckej činnosti ako odpadový produkt prípadne ako produkt účelovo pestovaný. Efektívne a ekologické využitie biomasy má minimálny negatívny vplyv na životné prostredie.
Splynenú biomasu je možné použiť ako palivo do plynového motora prípadne do malej plynovej turbíny, navrhovaná technológia NTE Development, sa zameriava na využitie plynu v spaľovacom motore.
Proces splyňovania biomasy je termochemický, proces pri ktorom postupne dochádza k oxidácii uhlovodíkov a vodnej pary z paliva a k ich následnej bezprostrednej redukcii na horľavé plyny. K procesu dochádza za prístupu kontrolovaného množstva vzduchu a potrebného reakčného tepla. Hlavnou snahou pri splyňovaní je transformovať čo najväčší podiel energetickej hodnoty paliva do čo najvyššieho energetického obsahu plynu.
Pri splyňovaní dochádza za prítomnosti splyňovacieho média k tvorbe generátorového plynu (drevného plynu), kde výhrevnosť plynu zodpovedá 4 -7 MJ.m3 v závislosti na vstupnej surovine. Výstupný generátorový plyn obsahuje najmä CO, CO2, H2 , CH4 , a N2 vedľa tých zložiek sú v plyne obsiahnuté aj ďalšie väčšinou nežiaduce zložky, ktorými sú prach, decht, zlúčeniny síry, dusíka a iné. Odpadovým produktom bude uhlík, ktorý bude odpredaný na ďalšie využitie.
Hlavnou výhodou splyňovania biomasy oproti klasickému spaľovaniu biomasy je, výroba elektrickej energie a tepla, pri spaľovaní biomasy sa jedná iba o výrobu tepla.
Ďalšou nespornou výhodou splyňovania oproti klasickému je možnosť transformáciu zle manipulovateľného a málo hodnotného paliva ako je odpadová biomasa, na elektrickú a tepelnú energiu, ďalším popisom výhod a nevýhod biomasy sa štúdia zaoberá v ďalších častiach popisu.
K podstatným výhodám splyňovania patrí aj znižovanie emisií škodlivých látok, a to nielen zlúčenín síry, chlóru a dusíka ale aj ďalších prerzistentných látok.
Definícia biomasy pre účely splyňovania v danom projekte:
Biomasa je látka biologického, čiže rastlinného alebo živočíšneho pôvodu. V súvislosti s jej energetickým využitím sa za biomasu obvykle považuje:
- odpadné a palivové drevo
- obilná a repková slama
- rýchlo rastúce rastliny, pestované cielene pre energetické využitie
Pre potreby daného projektu sa uvažuje so vstupným palivom biomasy vo forme:
Poľnohospodárska biomasa
Ako zdroj poľnohospodárskej biomasy na výrobu elektriny je možné využívať spalyňovanie slamy a drevných odpadov z vinohradov a sadov.
Lesná biomasa – dendromasa
Elektrina z lesnej biomasy sa vyrába najmä vo veľkých drevospracujúcich spoločnostiach ako aj v celulózkach a papierňach.
Hlavnými zdrojmi dendromasy sú lesné hospodárstva, kde časť vyťaženej suroviny je nevhodná pre použitie v drevospracujúcom priemysle a samotný drevospracujúci priemysel, ktorý vo výrobnom procese produkuje odpady dreva vhodné na energetické využitie. Perspektívnym zdrojom je drevná hmota, ktorú možno produkovať na málo produktívnych poľnohospodárskych pôdach, resp. iných nelesných pozemkoch, napr. formou intenzívnych porastov.
Aktuálna legislatíva v oblasti výkupných cien elektrickej energie vyrobenej z plynu vyrobeného v splyňovacom generátore
Predmetná elektráreň na biomasu bude zapojená do distribučnej siete 22kV, a bude slúžiť na produkciu zelenej energie, nakoľko z pohľadu skleníkových plynov, najmä CO2, sa považuje biomasa za neutrálne palivo. CO2 sa síce pri spaľovaní uvoľňuje, ale približne rovnaké množstvo CO2 je fotosyntézou pri raste biomasy z atmosféry spotrebované.
Vyrobená elektrická energia sa odpredáva podľa podmienok Zákona č.: 309/2009 Zb. a jeho aktuálnych platných novelizácií, o podpore obnoviteľných zdrojov energie a vysoko účinnej kombinovanej výroby. Na základe Vyhlášky č. 221/2013 Z.z. Úradu pre reguláciu sieťových odvetví, ktorou sa ustanovuje cenová regulácia v energetike, je stanovená pevná výkupná cena elektriny vyrobenej z obnoviteľných zdrojov energie v zariadení výrobcu elektriny uvedeného do prevádzky od 1.januára 2015, podľa §10a, ods.1, písm.g, nasledovne zo spaľovania plynu vyrobeného termochemickým splyňovaním biomasy v splyňovacom generátore ….. 99,21 eura/MWh
Tieto právne normy vyplývajú zo záväzkov Slovenskej republiky prijatých v súvislosti so záväzkami týkajucích sa klimatických zmien. Európske spoločenstvo ich prijalo podľa Kjótskeho protokolu k rámcovému dohovoru Organizácie Spojených národov o klimatickej zmene.
Podľa Zákona č. 309/2009 Z.z. o podpore obnoviteľných zdrojov energie a vysoko účinnej kombinovanej výroby, so zmenou č. 321/2014 s účinnosťou od 1.12.2014:
- 3 Spôsob podpory a podmienky podpory výroby elektriny – ods. 6
(6) Podpora podľa odseku 1 písm. b), c) a d) sa vzťahuje na zariadenia výrobcu elektriny po dobu 15 rokov od času uvedenia zariadenia do prevádzky alebo od roku rekonštrukcie alebo modernizácie9) technologickej časti zariadenia výrobcu elektriny. Podpora podľa odseku 1 písm. b) a d) sa vzťahuje na zariadenia výrobcu elektriny s celkovým inštalovaným výkonom do 500 kW po celú dobu životnosti zariadenia výrobcu elektriny.
Hlavné výhody a riziká biomasy a technológie splyňovania
- obnoviteľnosť (nevyčerpateľnosť) zdroja energie, na rozdiel od fosílnych palív
- z hľadiska produkcie tzv. skleníkových plynov, najmä CO2, sa považuje biomasa za neutrálne palivo. CO2 sa síce pri spaľovaní uvoľňuje, ale približne rovnaké množstvo CO2 je fotosyntézou pri raste biomasy z atmosféry spotrebované.
- zanedbateľný obsah síry
- zvyšuje nezávislosť na dovozu primárnych energetických zdrojov
- biomasa je často druhotnou surovinou, 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, poľnohospodárskej pôdy, prevažne k odstráneniu devastácie pôdy priemyselnou a ťažobnou činnosťou.
- uvedená technológia splyňovania dokáže regulovať množstvo a kvalitu plynu (plyn je stabilný a nedochádza ku kolísaniu)
- vyrovnávacia nádrž plynu je malého objemu a nádrž je skúšaná tlakovou skúškou
- jednoduchá technológia splyňovania nenáročná na údržbu a tým aj nízke riziko poruchovosti
Riziká využívania biomasy na účely splyňovania
- cena biomasy sa navyšuje samotnou dodávkou biomasy na miesto splyňovania – riziko je v daných projektoch eliminované na minimálnu mieru, umiestnením technológie čo najbližšie k zdroju biomasy, prípadne priamo k zdroju biomasy ako sú píli dreva, poľnohospodárske lokality atď….
- spoľahlivosť dodávky do výrobne môže byť nižšia ako u ostatných palív – riziko je v daných projektoch eliminované na minimálnu mieru, zmluvnými vzťahmi s dodávateľmi biomasy, a návrhom skladu biomasy na dostatočný čas v prípade výpadku dodávateľa biomasy
- sezónnosť pestovania energetických rastlín vyžaduje skladovanie v pomerne veľkom rozsahu – riziko je v daných projektoch eliminované na minimálnu mieru, návrhom dostatočného skladu pre už vysušené energetické rastliny v pôvodnej alebo speletovanej forme.
- nebezpečie úniku škodlivých látok (prach, NOx) – riziko je v daných projektoch eliminované na minimálnu mieru, prísnym sledovaním daných parametrov.
- pre výrobcu (pestovateľa a spracovateľa) riziko pri zavádzaní a pestovaní nového typu biomasy s 2 až 4 ročným cyklom – riziko je v daných projektoch eliminované na minimálnu mieru, pestovaním dendromasy na ploche ktorá zodpovedá produkcii aj s jednotlivými cyklami, prvotné pestovanie t.j. vykrytie cyklu zberu bude vykryté odpadovou biomasou z iných zdrojov.
Technológia
Degradácia a opravy technológie:
Technológia má nutné pravidelné servisné intervaly, ktoré sú zahrnuté vo finančnom pláne v položke opravy a údržba.
Technológia má taktiež nutné pravidelné generálne opravy a nepravidelné nepredvídateľné opravy – ktorá sa dajú financovať , z položky každoročná rezerva vo finančnom pláne.
Porovnanie technológie splyňovania v splyňovacom generátore
| SPLYŇOVANIE | BIOPLYNOVÁ STANICA | |
| Množstvo vst. suroviny v tonách za rok (vstupná surovina splyňovania drevná štiepka s max. vlhkosťou 15%) | 11 200 | 20 000 |
| Zápach technológie | nie je | zápach zo siláže a fermentácie |
| Riziko výbuchu | minimálne – uskladnenie plynu v tlakových potrubiach | priemerné – uskladnenie bioplynu pod plachtou bez tlakovej skúšky |
| Technologická citlivosť na vstupnú surovinu | neohrozuje technológiu – proces splyňovania a zastavenie splyňovania | môže nastať zastavenie chemického procesu tvorby bioplynu |
Možnosti využitia biomasy pri výrobe elektriny a tepla
Reálne možnosti využitia biomasy v danom projekte
Termické splyňovanie – čistenie plynu – plynový motor v spojení s generátorom.
Výroba elektrickej energie
- z generátora poháňaného plynovým motorom
- parná turbína na odpadové teplo z plynového motora a zo splyňovania – nutné doplnenie vyvíjača pary
- stirlingov motor na odpadové teplo z plynového motora a zo splyňovania
Výroba tepla
- Teplo je odoberané cez výmenníky z nasledovných častí:
- teplo z výfuku motora, výfukové plyny – potenciál tepla 600/90 ºC
- teplo z chladenia motora, chladiaca voda – potenciál tepla 90/85 ºC
- teplo z chladenia plynu zo splyňovania – potenciál tepla 500/70 ºC
