Chladenie spalín v elektrárňach na biomasu

Elektráreň na biomasu v areáli bývalej mostárne v Brezne, ktorú plánuje postaviť bratislavská firma Clean Eternal Energy, bude ročne vyrábať 27 824,36 megawatthodín elektrickej energie a spotrebovať na to 40-tisíc ton biomasy. Celkové náklady na výstavbu odhaduje investor na 12,7 milióna eur bez DPH. Výstavba by sa mala začať vo februári a elektráreň by mala byť do skúšobnej prevádzky uvedená v decembri tohto roka.

Elektrina bude vyrábaná na princípe spaľovania drevnej štiepky a slamených brikiet technológiou organického Rankinovho cyklu. Odpadové teplo z chladenia elektrárne sa plánuje využívať v akvakultúrnom hospodárstve na pestovanie rias a chov rýb a kôrovcov. Základnou filozofiou projektu je využiť regionálne dostupné zdroje obnoviteľnej energie na výrobu elektrickej energie so synergickou činnosťou akvakultúrneho hospodárstva, ktoré využije inak odpadové nízkopotenciálne teplo. Táto činnosť prinesie aj doplnkové pracovné príležitosti pre obyvateľov mesta Brezno.

Biomasa ako zdroj energie

Biomasa je definovaná ako všetko, čo pochádza z pôvodne živých organizmov a obsahuje nahromadenú energiu. Rastliny, ktoré využívajú vodu a oxid uhličitý zo vzduchu, uskladňujú v sebe slnečnú energiu vo forme fotónov. Ide teda o prírodný, zelený a obnoviteľný zdroj energie s neutrálnou uhlíkovou stopou pri spaľovaní.

Biomasa sa delí podľa rôznych kritérií a všetky jej druhy je možné využiť na energetické účely, pričom množstvo energie sa môže líšiť. Aj keď uhlie a ropa pochádzajú z odumretých zvyškov živých organizmov, biomasa je považovaná za ekologickejšiu.

Druhy a využitie biomasy

Biomasa sa najčastejšie delí na:

• Drevo: Najrozšírenejšie palivo z kategórie biomasy.
• Poľnohospodárske zvyšky: Organické zvyšky z poľnohospodárskej výroby, ako napríklad slama.
• Energetické rastliny: Rastliny pestované špeciálne na energetické účely, napríklad vŕba.
• Odpadová biomasa: Zvyšky z priemyslu, poľnohospodárstva a komunálny odpad.

V mnohých krajinách, najmä v rozvojových, je biomasa najdôležitejším palivovým zdrojom. V súčasnosti sa biomasa podieľa aj na výrobe elektriny a jej využitie rastie aj v priemyselne rozvinutých krajinách.

Potenciál a produkcia biomasy

Produkcia drevnej biomasy sa odhaduje na približne 5 ton na hektár za rok pre drevité rastliny, pričom v tropických oblastiach môže dosahovať 15 až 25 t/ha/rok a pri špecializovaných druhoch až 40 t/ha/rok. Pre iné rastliny môže byť produkcia tiež vysoká, napríklad pri cukrovej trstine až 15 t/ha/rok.

Výhrevnosť dreva sa pohybuje okolo 14 MJ/kg, čo je výrazne viac ako pri vlhkej biomaase. Obsah vody v dreve je zvyčajne do 20 %, zatiaľ čo v niektorých rastlinných materiáloch môže dosahovať až 90 %.

Výhody využívania biomasy

Medzi hlavné výhody používania biomasy ako zdroja energie patria:

• Obnoviteľnosť: Biomasa je obnoviteľný zdroj energie.
• Znižovanie nadprodukcie potravín: Využitie poľnohospodárskej pôdy na pestovanie energetických plodín môže pomôcť riešiť problém nadprodukcie potravín.
• Lokálne hospodárstvo: Využitie biomasy môže oživiť miestne hospodárstvo a vytvárať pracovné príležitosti.
• Nižšie emisie: Spaľovanie biomasy produkuje podstatne menej emisií ako spaľovanie uhlia alebo ropy.
• Zamedzenie erózie pôdy: Vhodné využitie pôdy na pestovanie energetických rastlín môže prispieť k ochrane pôdy.

Hoci sú náklady na pestovanie energetických rastlín relatívne vysoké, snaha o zlepšenie kvality biopaliva a efektívne využitie pôdy sú kľúčové.

Technológie spracovania biomasy

Biomasa môže byť spracovaná rôznymi spôsobmi na výrobu energie, vrátane priameho spaľovania, pyrolýzy, splyňovania, hydrogenácie a fermentácie.

Priame spaľovanie

Priame spaľovanie je najjednoduchší spôsob využitia energie biomasy. V moderných spaľovacích zariadeniach sa dosahuje vyššia účinnosť a čistejšie spaľovanie. Kľúčovými faktormi sú správne množstvo vzduchu a optimalizácia spaľovacieho procesu.

Kotly na biomasu

Existuje viacero typov kotlov na biomasu, ktoré sa líšia princípom spaľovania:

• Kotly s klasickým spaľovaním: Fungujú na princípe premeny chemicky viazanej energie paliva na tepelnú.
• Splyňovacie kotly: V týchto kotloch dochádza k splyňovaniu biomasy, pričom vzniká horľavý plyn, ktorý sa ďalej spaľuje. Dosahujú vysokú účinnosť a minimálne emisie.

Moderné kotly na drevo, pelety či štiepky sú čoraz efektívnejšie a automatizovanejšie, čím sa znižuje potreba obsluhy.

Pyrolýza

Pyrolýza je proces termického rozkladu biomasy pri vysokých teplotách v prostredí bez prístupu kyslíka. Výsledkom sú plynné, kvapalné a pevné produkty, ktoré môžu byť ďalej využité. Vzniká napríklad drevný plyn, ktorý je možné použiť na výrobu elektriny v plynových turbínach.

Splyňovanie

Splyňovanie je proces, pri ktorom sa biomasa premieňa na zmes plynov (najmä vodík, oxid uhoľnatý a oxid uhličitý) v kotli s obmedzeným prístupom vzduchu. Tieto plyny sa potom spaľujú na výrobu energie. Technológia splyňovania je považovaná za sľubnú pre výrobu elektriny.

Fermentácia (Bioplyn)

Fermentácia je biologický proces, pri ktorom mikroorganizmy (napr. baktérie) rozkladajú organickú hmotu za absencie kyslíka. Výsledkom je bioplyn, ktorý je primárne tvorený metánom a oxidom uhličitým. Bioplyn sa dá využiť na výrobu tepla a elektriny, prípadne ako palivo do motorových vozidiel.

Kvapalné biopalivá (Bionafta, Etanol)

Z biomasy je možné vyrábať aj kvapalné biopalivá, ako je bionafta a etanol. Bionafta sa vyrába z rastlinných olejov a používa sa ako náhrada nafty. Etanol sa vyrába fermentáciou cukrov a škrobov z rastlín, ako je cukrová trstina, obilie či kukurica, a používa sa ako náhrada benzínu.

Elektrárne na biomasu a ich koncepcie

Elektrárne na biomasu využívajú rôzne technológie na premenu energie biomasy na elektrickú energiu. Okrem priameho spaľovania sa využívajú aj pokročilejšie metódy.

Organický Rankineho cyklus (ORC)

Technológia organického Rankineho cyklu (ORC) je vhodná na premenu nízko- a stredne-potenciálneho odpadového tepla, ako aj tepla z obnoviteľných zdrojov, na elektrickú energiu. V tomto cykle sa namiesto vody používajú organické pracovné látky s nízkym bodom varu. Elektráreň v Brezne využíva práve túto technológiu.

Kogeneračné jednotky (CHP)

Kogeneračné jednotky (Combined Heat and Power - CHP) produkujú súčasne elektrickú energiu a využiteľné teplo. Tieto jednotky môžu byť poháňané rôznymi palivami vrátane biomasy, bioplynu či zemného plynu. Využívajú sa na efektívne zásobovanie budov a priemyselných parkov energiou.

Mikrokogenerácia

Mikrokogeneračné (mikroKVET) a nanokogeneračné jednotky predstavujú systémy s maximálnym elektrickým výkonom do 50 kW (mikro) a do 10 kW (nano). Najčastejšie pracujú na princípe spaľovania kvapalných či plynných palív v piestových motoroch alebo na spaľovanie pevnej biomasy v Stirlingových motoroch. Napriek snahám o ich rozšírenie, vysoké obstarávacie ceny a technické problémy viedli k obmedzenému nasadeniu na trhu.

Paroplynové elektrárne

Paroplynové elektrárne kombinujú výhody parných a plynových turbín, čím dosahujú vysokú účinnosť pri kombinovanej výrobe elektriny a tepla. Využívajú tepelne previazané obehy.

Kondenzačné a odberové elektrárne

Kondenzačné elektrárne primárne vyrábajú elektrickú energiu. Využívajú paru na pohon turbíny pripojenej k alternátoru. Teplárne (parné teplárne) na rozdiel od nich primárne vyrábajú teplo (v pare alebo horúcej vode), pričom výroba elektrickej energie je podriadená potrebám tepla. Často využívajú protitlakové alebo odberové turbíny, kde časť pary z turbíny je možné využiť na technologické účely alebo kúrenie.

Chladenie spalín a jeho význam

Chladenie spalín v elektrárňach na biomasu je dôležitým procesom, ktorý súvisí s efektívnym využitím energie a minimalizáciou odpadového tepla. V prípade elektrárne v Brezne sa odpadové teplo z chladenia využíva v akvakultúrnom hospodárstve.

Vo všeobecnosti platí, že na výrobu 1 kW.h elektrickej energie je potrebný určitý objem paliva, pary a chladiacej vody. Efektívne riadenie týchto parametrov je kľúčové pre optimalizáciu prevádzky elektrárne.

Pri spaľovaní biomasy je dôležité optimalizovať množstvo vzduchu, aby sa dosiahlo dokonalé horenie a minimalizovali sa straty energie. Nedostatočné spaľovanie môže viesť k tvorbe nespálených zvyškov a znižovaniu účinnosti.

tags: #chladenie #spalin #elektrarne #na #biomasu