Biomasa jako obnovitelný zdroj energie

Biomasa je palivo, bez kterého se v budoucnu zcela jistě neobejdeme, nechceme-li nadále zatěžovat životní prostředí spalováním fosilních paliv. Chtěli bychom ji tedy masivněji využívat, ale uměle jsme zvýšili její cenu neúměrnou podporou spoluspalování.

Ottův slovník naučný říká: "Biomasa, hmotnost organismů, jejich populací či částí společenstev na plošnou nebo objemovou jednotku." Obecně ji lze definovat jako substanci biologického původu neboli hmotu všech organismů na Zemi. Její množství se činností organismů neustále obnovuje a nedochází tak k jednostrannému narušení rovnováhy prvků a energie v biosféře. Skleníkový efekt se nenavyšuje.

Velké množství organických látek vzniká při fotosyntéze z oxidu uhličitého a vody za spolupůsobení enzymů, chlorofylu a světelné energie. Při jejím spalování logicky opět oxid uhličitý vzniká. Dochází tedy k uzavřenému procesu, kdy rostliny za svého růstu odebírají z ovzduší CO2 a při spalování ho do ovzduší opět vracejí.

Spalováním fosilních paliv vzniká velké množství znečišťujících látek, především však oxid uhličitý, který byl takto navázán z prostředí za miliony let v období, kdy ještě homo sapiens neobýval tuto planetu. Dění kolem nás, především globální oteplování a klimatické změny, tak jak je pociťujeme stále častěji mnohde na vlastní kůži, jsou pravděpodobně důsledkem zvyšování koncentrace oxidu uhličitého. Řada vědců to potvrzuje. Je důležité, že si toto začíná uvědomovat i obyvatel modré planety. Kjótský protokol vstoupil v platnost, Evropská unie si stanoví cíle ve využívání obnovitelných zdrojů energie, návrh zákona o podpoře výroby elektřiny z nich přijali naši politici a jeho schválení je v moci prezidenta republiky.

Srovnají-li se fyzikální vlastnosti biomasy (objemová hmotnost, výhřevnost, vlhkost) v podobě dřevního odpadu, štěpky, slámy s uhlím, získá se jednoznačný závěr. Biomasa, ať již ve formě odpadu či účelově vyrobená pro energetické účely, musí být zužitkována v místě jejího vzniku. Dlouhý transport do odlehlých elektráren, jako i zvýšená poptávka podstatně zvyšují její cenu. Tato jinak zbytečná přeprava zatěžuje navíc životní prostředí.

Čtěte také: Katastrální práce v Bohdalci Kara

Při výrobě elektřiny ve velkých elektrárenských blocích se využije zpravidla 30 až 55 % energie obsažené v palivu, to proto, že odpadní teplo, které se odvádí z kondenzátoru, se předává do okolí (v obřích chladicích věžích nebo při průtočném chlazení přímo do vodního toku). Elektrická energie je dále rozváděna k místům konečné spotřeby se ztrátou 3 až 4 % a v místě konečné spotřeby je často měněna neefektivně opět na teplo potřebné k vytápění.

V uplynulých deseti letech bylo u nás zrealizováno a uvedeno do provozu více než 20 centrálních výtopen na spalování biomasy s instalovaným výkonem od 1 do 9 MW, z těch nejvýznamnějších můžeme jmenovat Zlaté Hory, Žlutice, Bystřice nad Pernštejnem nebo Hartmanice. Účinnost těchto kotelen se pohybuje mezi 60 a 80 %. A ať už byly tyto náročné investice jakkoliv efektivní, pak v době teroristických útoků a houpajících se cen ropy a zemního plynu jsou velkým plus dávajícím regionům jakousi záruku energetické soběstačnosti.

Daleko účelnější se jeví ponechat biomasu v regionu, kde vzniká potřeba elektrické energie a tepla. Tím je zde otevřen prostor pro investice do nových technologií např. při využití kogenerace. Další výhodou je snížení zbytečné přepravy biomasy na straně jedné a ztrát z transferu v elektrorozvodné síti na straně druhé. Investičně náročná řešení jako například systém pro společnou výrobu tepla a elektrické energie z biomasy s využitím tzv. organického Rankinova cyklu bude při stále se zvyšujících cenách paliva nadále rentabilní pouze za předpokladu národních či evropských dotací.

Organický Rankinův cyklus (ORC)

Organický Rankinův cyklus (ORC) je v podstatě elektrárenský kondenzační cyklus, který používá namísto vody resp. vodní páry jako pracovní látku v primárním okruhu směs organických sloučenin (silikonový olej), které jsou svými termodynamickými vlastnostmi vhodné k použití v tepelném oběhu. Výhodou oleje je, že při dané teplotě (např. 300 °C) se udrží v kapalném stavu při značně nižším tlaku než voda.

Ve výparníku předává olej teplo do sekundárního okruhu, kde se pracovní organická látka vypařuje, dosahuje většího tlaku než má olej a organické páry jsou vedeny do parní turbíny, kde expandují. Pára je za turbínou vedena do kondenzátoru, kde kondenzuje po odebrání výparného tepla chladicí vodou, která pak dodává teplo do objektů připojených na tuto tepelnou síť. Typické využití ORC se nabízí ve spojení s kotelnami na biomasu, kde je primární energie v palivu využita jednak na výrobu tepla, ale i elektrické energie. V takovém případě je celková účinnost kogenerace cca 85 %. Jen pro porovnání, v klasické tepelné elektrárně, kde je teplo z kondenzace odvedeno do okolí, se dosahuje celkové účinnosti cca 30 %.

Čtěte také: Greenpeace a biomasa

Parní generátor je zde nahrazen olejovým kotlem a výparníkem. Olej ohřátý v tomto kotli je využíván jako teplonosná látka, jenž přes výparník předává své teplo pracovní látce uzavřeného sekundárního okruhu ORC. Vzniklá sytá pára organických sloučenin je vedena na axiální turbínu, která je přímo spojena s generátorem elektrické energie. Teplo z kondenzátoru, ve kterém náplň ORC okruhu mění své skupenství zpět do kapalné fáze, je vedeno k dalšímu využití (kogenerace). Při vhodném navržení tepelného oběhu lze toto teplo využít např. v systému CZT, případně k jiným účelům. Z kondenzátoru je náplň ORC dopravována čerpadlem přes regenerátor zpět do výparníku.

Také v Třebíči společnost TTS s.r.o. dokončuje první instalaci kogenerace z biomasy se systémem ORC u nás. Za zmínku stojí i realizace ORC systému v Trhových Svinech, kde se o něco později také spustí výroba el.

Využití biomasy v CZT

Využívání biomasy v existujících zdrojích tepla (kotelnách, případně výhřevnách) je žádoucí, ale nedaří se odstranit problém fyzicky náročné přípravy a manipulace s palivem a stejně tak se ne zcela daří zamezit individuálnímu nezodpovědnému spalování domácích, pro životní prostředí často nebezpečných odpadů. Pro využívání netradičních a obnovitelných energetických zdrojů poskytují větší možnosti velké soustavy CZT, resp. jejich zdroje. V současnosti se biomasa podílí šesti procenty na celkové potřebě prvotních energetických zdrojů v CZT. Celospolečenským zájmem je tento podíl zvyšovat minimálně na dvojnásobek.

Mezi dlouhodobě skladovatelné patří hlavně biomasa, kterou se na zimní období můžeme předzásobit (v místě spalování nebo v místě výskytu). Z hlediska optimalizace skladovacích a přepravních kapacit nebývají zdroje využívající biomasu dimenzované na celkové špičkové výkony SCZT, spíše na výkony částečné, přičemž k zabezpečení odběrových špiček je využíván samostatný špičkový kotel na jiný druh paliva, který po zbytek roku slouží jako záložní zdroj.

Velmi důležitou součástí zdrojů tepla na biomasu je nutnost řešení palivového hospodářství a způsob doplnění paliva během doby provozu. Ze skladu paliva se následně volí i způsob dopravy do samotného spalovacího zařízení (kotle) prostřednictvím mechanických dopravníků (posuvné podlahy, pružinová míchadla, závitové dopravníky - resp. šneky) nebo pneumatický systém dopravy paliva.

Čtěte také: Biomasa a bioplyn: potenciál

Z hlediska dodávky tepla do soustavy centralizovaného zásobování teplem je důležitý diagram trvání potřeby tepla, respektive energie. Zdroj na biomasu je v základním zatížení, tedy zabezpečuje dodávku tepla hlavně v letním období a taktéž ve vytápěcím období částečně podporuje i vytápění. Podstatou je, že tento kotel na biomasu je schopen optimálně pracovat se zatížením od 30 % až do 100 %. Spalovací proces je neustále sledován a podle množství paliva se reguluje přívod spalovacího vzduchu.

Technologie spalování biomasy

Existuje několik technologií spalování biomasy, které se liší v závislosti na typu biomasy, její vlhkosti a požadovaném výkonu zařízení:

• Spalování na roštu: Určeno pro spalování drceného paliva s vlhkostí 60 % a více. Palivo leží na roštu ve vrstvě.
• Spalování v práškových kotlích: Biomasa, kterou tvoří drcený materiál, se smíchá se vzduchem a dopravuje se do spalovací komory, kde shoří.
• Cyklónové spalování: Spalovací komora má válcový tvar a vzduch je do ní vháněn v tangenciálním směru.
• Fluidní spalování: Vzduch je vháněn za vysokých rychlostí, čímž dochází k lepšímu spalování a rychlejšímu přenosu tepla v lůžku.

Ekologické výhody využití biomasy

Využívání biomasy k energetickým účelům poskytuje kromě energie i další ekologické výhody. Z hlediska snižování emisí síry a omezování kyselého spadu (kyselé deště) má využívání biomasy velký význam, neboť obsah síry v ní je podstatně nižší než v případě uhlí nebo ropy. Navíc biomasu je možné přimíchávat do uhlí, a tak dále snižovat emise síry v klasických teplárnách, výhřevnách nebo okrskových kotelnách.

Využití biomasy v různých typech objektů

Pro menší objekty typu rodinných domů jsou vhodné kotle s pevným roštem případně stupňovitým. Jako palivo využívají dřevo, dřevěné třísky nebo pelety. Náročnost palivového hospodářství souvisí s použitým druhem paliva. Pro objekty s větší potřebou tepla jsou vhodnější složitější spalovací zařízení, u nichž jsou aplikovány šikmé, kaskádové rošty, případně rošt s rozsypným přikládáním. Jako palivo využívají dřevěné třísky nebo pelety.

V dřevařských a nábytkářských závodech se s oblibou používají spalovací zařízení využívající práškové, případně cyklónové spalování, kde je potřeba palivo upravit před spalováním do podoby prášku (drtiče a technologická čistota materiálu). Nejdokonalejšího zhodnocení (využití - spálení) biomasy se dosahuje ve velkých kotlích s tzv. fluidním spalovacím zařízením, které umožňuje spalování až při teplotách 950 °C.

tags: #pastorek #z #kara #j #jevic #p

Oblíbené příspěvky:

• Recyklace dřevěného odpadu
• Ekologické zemědělství a půda
• Snížení energetické náročnosti budov
• Moderní Vzdělávání
• Krásy nizozemské přírody