BIOMASSZA ALAPÚ KAPCSOLT ENERGIATERMELÉS STIRLING MOTORRAL

Budapesti Műs zaki és Gazdaságtudomán yi Egyetem Gépészmérnö ki Kar

BIOMASSZA ALAPÚ KAPCSOLT ENERGIATERMELÉS STIRLING MOTORRAL

Szerző:

Katona Bálint BSc IV. évf.

Konzulens: Dr. Laza Tamás adjunktus

Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

Budapest, 2016. október 25.

1

Tartalom Köszönetnyilvánítás ............................................................................................................................3 1. Bevezető .........................................................................................................................................4 1.1 Introduction...............................................................................................................................5 1.2. Probléma felvetés .....................................................................................................................6 2. Energiaforrások áttekintése .............................................................................................................8 2.1. Megújulók ................................................................................................................................8 2.2. Biomassza, mint potenciális energiaforrás ................................................................................9 3. Az alkalmazott technológia ........................................................................................................... 11 3.1. A Stirling motor ..................................................................................................................... 11 3.1.1. Általános bemutatás ......................................................................................................... 11 3.1.2. A Stirling körfolyamat ..................................................................................................... 12 3.1.3. Hatásfok .......................................................................................................................... 13 3.1.4. A motor működési elve .................................................................................................... 14 3.1.5. Főbb motortípusok........................................................................................................... 15 3.1.6. Elszennyeződés problémája ............................................................................................. 17 3.2. Kisméretű kapcsolt energiatermelő rendszer ........................................................................... 17 3.2.1. A rendszer ismertetése ..................................................................................................... 18 3.2.2. Termikus energiatároló .................................................................................................... 19 4. A választott település és kistérsége ................................................................................................ 21 4.1. A falu hőigénye ...................................................................................................................... 22 4.1.1. Szükséges hőteljesítmény ................................................................................................ 23 4.1.2. Igényelt hőmennyiség ...................................................................................................... 24 4.2. A kistérség tüzelőanyag potenciálja ........................................................................................ 26 4.2.1. Tüzelőanyag számítás ...................................................................................................... 29 5. A kisméretű CHP rendszer alkalmazása ........................................................................................ 32 5.1. Alkalmazott berendezések ...................................................................................................... 32 5.2. A termelt villamos energia ...................................................................................................... 33 5.3. Hasznosított biomassza .......................................................................................................... 34 5.4. SWOT analízis ....................................................................................................................... 36 5.4.1. Erősségek ........................................................................................................................ 36 5.4.2. Gyengeségek ................................................................................................................... 36 5.4.3. Lehetőségek .................................................................................................................... 37 5.4.4. Veszélyek ........................................................................................................................ 38 6. Összefoglalás ................................................................................................................................ 40 7. Irodalomjegyzék ........................................................................................................................... 41

2

Köszönetnyilvánítás Ezúton szeretném megragadni az alkalmat, hogy köszönetemet fejezzem ki témavezetőm, Dr. Laza Tamás felé, aki folyamatos támogatásával, ösztönzésével és szakmai tanácsadásával hatalmas segítséget nyújtott ennek a dolgozatnak az elkészüléséhez. További köszönet illeti Bálint Lászlót, aki a SEFAG Zrt. somogyi erdészet nevében segítette a munkámat, Mész Tamást a Budapesti Erőmű Zrt.-től segítőkészségéért, illetve Dr. Zsebik Albint a hasznos tanácsokért és útmutatásért.

3

1. Bevezető A megújuló energiaforrások hasznosítása egyre fontosabbá válik, ugyanis a fosszilis energiahordozó készletek folyamatosan fogynak és egyenlőtlenül oszlanak el a Földön. A biomassza felhasználása kínálkozó megoldás a fosszilis energiahordozók kiváltásában, és rengeteg kihasználatlan potenciált tartogat még. Ezekből az energia kinyerésének egyik hatékony módja a kapcsolt energiatermelés Stirling motorral, ami egy kevésbé elterjedt és kutatott terület. A Stirling motor nagy előnye más megoldásokhoz képest, hogy szinte bármilyen energiaforrásból képes hő- és villamosenergia előállítására, beleértve a megújulókat is. Ebből adódóan a lokálisan előforduló biomassza kedvező tüzelőanyag a motor számára. Ennek a dolgozatnak a célja a Stirling motor, mint kapcsolt energiatermelő egység magyarországi használhatóságának vizsgálata. A kiválasztott alkalmazás egy Somogy megyében található település hő- és villamosenergia-igényeinek kielégítése egy kisméretű, Stirling motor alapú rendszer használatával. Egy 84 háztartásból álló faluról van szó, melynek lélekszáma 219 fő. Első lépésben a távhőrendszerek méretezésénél használt becsléssel, statisztikai adatok alapján kiszámítottam a település fűtési és használati melegvíz igényeit, melyek a szükségesen beépítendő gépek teljesítményét és a kívánt tüzelőanyag mennyiséget határozzák meg. A felhasználni kívánt biomassza gyűjtőterületének nagysága gazdaságossági alapon lett megválasztva. Mivel egy erdőségekben kifejezetten gazdag területről volt szó, megvizsgáltam a felhasználható erdészeti melléktermékek energiatartalmát. A főbb szempontok a mennyiség, a fűtőérték és a nedvességtartalom voltak. A kapott eredményeket a hőigényekkel összevetve megállapítottam, hogy az elképzelés megállja a helyét, az igények kielégíthetők a térségben található vágástéri hulladékból készített aprítékkal. Létező Stirling motoros egységek hatásfokát alapul véve, adott hőtermelés mellett adott mennyiségű villamos energiát is elő lehet állítani, amivel a falu károsanyag kibocsátása mellett annak villamos energia költségeit is jelentős mértékben csökkenteni tudom.

4

1.1 Introduction Using of renewable energy sources is becoming increasingly important, because fossil fuels are dwindling continuously and occur unequally around the Earth. To replace fossil fuels, using of biomass is an advantageous solution and it even has got a huge potential. There are several methods to produce these two kinds of energy together and one of these is the combined heat and power production with Stirling engine, which is less common and researched than the others. The great advantage of the Stirling engine compared to other solutions is that it can produce combined heat and power from almost any kinds of energy sources including renewable energy sources. Therefore, the locally available biomass is a favorably usable fuel for the engine. The aim of this paper is to examine the using opportunities of Stirling engines as a part of CHP systems in Hungary. The chosen application is a small scale CHP system which suffices the heat and power demand of a village in Somogy County. The village consists of 84 houses and 219 people are living there. At first the heat and hot water demand of the village had to be sized up in order to specify the performance of the used units and the required quantity of fuel. I used statistics and district heating calculation formulas. The collecting area of utilized biomass was chosen with economic consideration. As the area is mainly covered with forests, I examined the energy content of the usable logging residues. The main viewpoints were quantity, lower heating value and moisture content. The results comparing to the demands shows that the idea is viable, the heat demands can be sufficed by the chopped logging residues from the surroundings. According to existing Stirling units’ efficiency values, besides the required heat production, an exact quantity of power can be produced, which can reduce the pollutant emission and the electricity costs of the village.

5

1.2. Probléma felvetés A megújuló energiaforrások használatának szükségessége megkérdőjelezhetetlenné vált az elmúlt évtizedekben. A mai, csaknem 80%-ban fosszilis alapú energiatermelést le kell váltani a közeljövőben, melynek alapvetően két oka van. Egyrészt az ilyen típusú energiahordozók véges mennyiségben állnak rendelkezésre, másrészt olyan megoldásokat kell alkalmazni, melyek alacsonyabb CO2 kibocsátással járnak. Ezek mind azt a célt szolgálják, hogy a jövőben is fenntartható legyen az emberiség energiaellátása. Kőolaj esetében az ipari készletek az eddigi termelési adatok alapján nagyjából 100 évig elegendőek. Ha ehhez hozzávesszük a potenciális konvencionális és nem konvencionális készleteket is, maximum 300 évet kaphatunk [1]. A földgát esetében valamivel jobb a helyzet, ugyanis az éves kitermelés és a nyilvánosságra hozott ipari készletek aránya magasabb. Ez alapján ugyan még nem határozható meg pontosan a rendelkezésre álló készlet, de becslés szintjén 120 évvel számolhatunk a jelenlegi ipari készletekkel. A világ ipari szénvagyona a 21. századra prognosztizált termelési és fogyasztási adatok alapján 150-230 év közé tehető [2]. Pontos számokat azért sem tudunk, mert a nagy olajmezőkkel rendelkező államok és cégek gyakran manipulált információt adnak a készleteikről. Ezek az energiahordozók rendkívül egyenlőtlenül oszlanak el a Földön, ami az energiaellátás bizonytalanságához és politikai konfliktusokhoz vezethet és vezetett eddig is. A világ ismert földgázkészletének 82,4%-a mindössze három ország, Oroszország, Irán és Szaúd-Arábia területén található, a kőolajnak pedig 71,5%-a van a Közel-Keleten és Észak-Amerikában. Természetesen folyamatos kutatások folynak különböző nemkonvencionális kitermelési módszerek után, melyekkel a készletek növelhetők. A kőolaj esetében 10, míg a földgáz esetében 20-40 százalékkal fogható vissza a készletek csökkenésének sebessége. Ennek ellenére belátható, hogy alternatív megoldásokat kell találnunk a problémára záros határidőn belül. A helyzetet még súlyosbítja az egyre nagyobb mértékű népességnövekedés és az egyéni energiaigények növekedése. A világ össznépessége már 2100-re elérheti a 11,2 milliárd főt és ez nagyrészt a fejlődő országoknak köszönhető Ázsiában és Afrikában [3]. A CO2 kibocsátás csökkentése egy szükséges lépés a veszélyes mértékű éghajlatváltozás elkerüléséhez [4]. Emiatt az Európai Unió Környezetvédelmi Tanácsa 2009-ben elfogadott egy irányelvet, mely szerint a tagállamok üvegházhatású gáz kibocsátásainak az 1990-es értékekhez képest 80-95%-kal alacsonyabbnak kell lenniük 2050-re, avagy a Kiotói Jegyzőkönyvben (elfogadva 1997-ben) korlátozott üvegházhatású gázok globális kibocsátása ne lépje túl az 1500 Gt szén-dioxid ekvivalensnek megfelelő mennyiséget. Ezzel az értékkel 75%-os 6

valószínűséggel tartható az ipari forradalom előtti átlagos hőmérséklethez képest vett 2 °C-os melegedési határ, mely a szakértők szerint elengedhetetlen ahhoz, hogy néhány évtizeden belül radikálisan leromló életkörülmények között kelljen élnünk [4, 5]. A megvalósítás egyik részét képezi az energiatermelés átalakítása, korszerűsítése. A magas CO2 kibocsátással járó kőolaj, földgáz és szén felhasználása helyett CO2 mentes vagy CO2 semleges forrásokat és technológiákat kell előtérbe helyezni.

7

2. Energiaforrások áttekintése Ebben a részben szeretném röviden bemutatni a megújuló energiaforrásokat és azok magyarországi helyzetét. Ezen belül pedig kitérek a dolgozatban hasznosítani kívánt biomasszára, valamint a benne rejlő lehetőségekre.

2.1. Megújulók A cél tehát az energiatermelés diverzifikációja és a megújuló energiaforrások használata. A megújulók a Földön eltérő mértékben és eltérő formában, de mindenhol bőségesen rendelkezésre állnak. Ezek közé soroljuk a geotermikus energia, a biomassza, a szél-, víz- és napenergia felhasználást. Habár a potenciálisan felhasználható mennyiségük közel hússzorosa az emberiség teljes energiaigényének, a ténylegesen felhasznált energiának mindössze 18%-a származik megújuló energiaforrásokból [6]. Természetesen minden régióban más és más energiaforrásokat lehet és érdemes leginkább hasznosítani. Magyarország köztudottan különösen kedvező geotermikus adottságokkal rendelkezik: a geotermikus gradiens 45-50 °C/km, ami nagyobb az átlagosnál, továbbá az ország területének 70%-án rendelkezésre áll a termálvíz. Ennek ellenére geotermikus energián alapuló villamosenergia-termelésünk nincs. Ennek az oka, hogy lényegesen drágább a létesítési költsége más erőművekkel szemben, valamint a felhasznált víz visszasajtolása geológiai adottságok miatt jelenleg nehézkes és költséges eljárás [6]. Egy másik, kimondottan kedvező megoldást a biomassza felhasználása jelentheti, ami a domborzati adottságoknak és az éghajlatnak köszönhető. Hazánk a mérsékelt övben fekszik és éghajlatára a csapadékos óceáni, a kevésbé csapadékos kontinentális és a nyáron száraz, télen csapadékos mediterrán éghajlat egyaránt hatással van, melynek köszönhetően bőven rendelkezésre áll energetikai célra is hasznosítható növényzet. A megújuló energiaforrások közül a legjelentősebb jövőbeli növekedést a biomasszának prognosztizálnak: 2020-ig közel 19 PJ növekedéssel számolnak [6]. A szélenergia nem hordoz magában kiemelkedő potenciált, hiszen az ország jelentős területén a szélsebesség a rotorok magasságában sem éri el a termeléshez minimálisan szükséges állandó 2-3 m/s-ot. Beépítésüknek a villamos energia rendszer szabályozhatósága szab határt, ráadásul termelésükkel megegyező szabad erőművi teljesítményt, vagy szabadon lehívható importot kell biztosítani kiesés esetére [6].

8

Vízenergia tekintetében bőven vannak még kiaknázatlan lehetőségek, azonban nagyesésű folyók előfordulása nem jellemző. Emiatt kihasználása inkább vízgazdálkodási és árvízvédelmi kérdés lehet. Kisebb folyókra építhető törpe vízerőművek reális teljesítménye 16-17 MWe, melyek a lokális energiaellátásban lennének hasznosíthatók. A vízenergia mindenkori versenyképessége a többi energiaforrással szemben, hogy hasznosítható energiatárolási és rendszerstabilitás-javítási célokra [6]. Kihasználását nagyban hátráltatja a hazai társadalmi ellenállás a vízerőművekkel szemben, melynek történelmi háttere van (pl. Nagymaros). Ennek ellenére mindenképpen célszerű a magyar folyókra vízlépcsőket telepíteni, melyet a külföldi példák is igazolnak. A Duna német-bajor szakaszán 25 vízlépcső épült, Ausztriában pedig 9. A Dráván Szlovéniában 8, Horvátországban pedig 3 vízlépcső található, melyek folyamatos termelésükkel alaperőműként üzemelnek. A napsütéses órák száma Magyarországon átlagosan 2000 h/a, ami megegyezik az európai átlagos napfénytartammal, viszont határozottan magasabb, mint Németországban, ahol ennek ellenére 37 GWe beépített teljesítményű napelem van [7]. A nap- és szélerőművek azonban nem használhatók alaperőműként, ugyanis nem képesek egyenletes, megbízható teljesítményen üzemelni, túlságosan ki vannak szolgáltatva az időjárásnak. Rendszerirányító szemmel nézve a napelemek még rosszabbak, mint a szélerőművek, mert amíg azok termelése a szélsebességi előrejelzések által viszonylag jól előre jelezhető, addig a napelemeknél nincs erre jelenleg kiforrott technika [7]. Mindezt összevetve a hazai biomassza potenciál további kiaknázása kiemelten indokolt, és megvalósítható megoldást jelent.

2.2. Biomassza, mint potenciális energiaforrás A biomassza a Föld negyedik legnagyobb mennyiségben rendelkezésre álló energiaforrása, mely élő szervezetből származó, a felhasználás ütemével összemérhető időn belül újratermelődő, energiatermelésre felhasználható anyagokat jelöl. Alapvetően három csoportját különböztetjük meg: 

Elsődleges biomassza: a természetes vegetáció, szántóföldek, erdők, rétek, legelők növényei és a vízben élő növények



Másodlagos biomassza: az állatvilág, állattenyésztés fő- és melléktermékeit, hulladékait



Harmadlagos biomassza: a biológiai anyagokat hasznosító iparágak termékei, melléktermékei, hulladékai és a települések szerves hulladékai [8]

9

A dolgozatban elsősorban az elsődleges és részben a harmadlagos biomassza hasznosítását vizsgáltam, hiszen közvetlen égetésre ezek a legalkalmasabbak. Amellett, hogy könnyen raktározható, a biomassza jogilag CO2 semlegesnek tekinthető, hiszen elégetésével csupán az elmúlt pár év során megkötött gázt juttatjuk vissza a környezetbe. A légkörbe jutó CO 2 mennyiséget az adott növény a következő növekedési ciklusa alatt ismét megköti. A savasesőkért felelős kén-dioxid kibocsátása is lényegesen kevesebb a szénhez és a gázolajhoz képest, ugyanis lényegesen kevesebb ként tartalmaz ezeknél [9]. A biomassza alapú energiatermelés másik nagy előnye, hogy csökkenti az energiaimport-függőséget, hiszen helyi energiahordozót használ forrásként. Rendkívül sokféle technológia fejlődött ki a biomasszában rejlő energia hasznosítására. Ezek az energia átalakítások általában két lépcsőben zajlanak. Először a biomassza segítségével forró vizet, gőzt, valamilyen légnemű, vagy folyékony köztes terméket állítanak elő, majd ennek segítségével, egy második lépcsőben kapjuk a hasznosított hőt vagy villamos energiát. Ezeket a technológiákat 5 fő csoportba sorolhatjuk, melyek a következők: 

Égetéssel előállított gőz vagy forró víz



Elgázosítás során nyert gáznemű üzemanyag



Pirolízissel nyert folyékony üzemanyag



Biokémiai úton előállított etanol és biogáz



Kémiai úton előállított biodízel [9]

A nagyméretű kapcsolt energiatermelés esetében a legelterjedtebb megoldást a biomassza elégetésére épülő gőzturbinák jelentik, kisebb méretekben azonban már más megoldások is versenyképesek lehetnek, különösen a jobb villamos hatásfokuk miatt. Az első csoportba tartozik a Stirling motoros rendszer is, ahol az égetés során felszabaduló hő a belső, zárt körben lévő munkaközegből állít elő gőzt. Ez a közeg az ORC technológiához képest sokkal biztonságosabbnak tekinthető, közel hasonló energiaátalakítási hatásfok mellett. Európa szerte növekvő biomassza felhasználás figyelhető meg az elmúlt évtizedben, Ausztriában a távhőrendszerek esetében a biomassza használata hatszorosára, Svédországban pedig nyolcszorosára növekedett. 2007-ben Franciaországban a primerenergia 5%-a fatüzelésből adódott, a finnek esetében pedig 18%-a biomasszából, ami a kutatások szerint várhatóan 25%-ra fog emelkedni 2025-ig [9].

10

3. Az alkalmazott technológia A technológiai háttér bemutatása két részből tevődik össze. Először szeretném bemutatni általánosságban a Stirling motort, és alkalmazásának előnyeit, aztán a kapcsolt energiatermelő rendszert, melynek részeként képes a választott falu hő és villamos energia igényeinek kielégítésére.

3.1. A Stirling motor Az elmúlt évtizedekben újra intenzív kutatások alanya lett a Stirling motor, habár az első gépet még 1818-ban készítette Robert Stirling skót lelkész. Eleinte nem tudott eléggé elterjedni, mert a hatásfoka csak 2% körül volt az akkori gyenge minőségű szerkezeti anyagok miatt. Az 1940-es évektől szigetüzemű áramtermelésre, majd hűtésre tökéletesítette a holland Philips cég, és a 20. században időről időre többször is előkerült. Az utóbbi években egyre nagyobb hangsúlyt kapó fenntartható fejlődésnek köszönhető a motor visszatérése, mivel elvi felépítéséből fakadóan képes megújuló energiaforrásokkal üzemelni. A mikro kapcsolt energiatermelés egyik alapvető erőforrásaként ma már egyre több háztartásban megjelenik, de emellett rengeteg nagyobb méretű alkalmazása is van.

3.1.1. Általános bemutatás A Stirling motor egy külső égésű hőerőgép, mely munkaközegként levegőt, hidrogént vagy héliumot használ egy zárt körfolyamatban. Működése során a gázok kompresszibilitását használja ki, hasonlóan a belső égésű motorokhoz, így alakítja át a hőt mechanikai energiává. Rendkívül sokoldalúan használható az igényeknek és a hőforrásoknak megfelelően, így teljesítményüket tekintve a mW-tól a MW-ig terjedő gépek léteznek. Legfontosabb előnye, hogy működtetéséhez szinte bármilyen külső hőforrás megfelelő, beleértve a fosszilis üzemanyagokat, hulladékhőt, geotermikus, kémiai, nukleáris és napenergiát is. A hagyományos módon elégethető tüzelőanyagok egy, a motorhoz tartozó kazánban kerülnek elégetésre, ahol az égés tökéletesebben valósulhat meg, mert már kifejlesztett, létező technológia alkalmazható. Az elégetlen füstgáz mennyisége elenyésző, ami környezetvédelmi szempontból rendkívül előnyös, ráadásul ezáltal a hatásfok is javul. Emellett NOx szegény tüzelési mód is megvalósítható. Ily módon a biomassza rendkívül széles skálája alkalmazható energiatermelésre, hiszen nem kell olyan magas hőmérsékleteket elérni, mint egy hagyományos gőzkörfolyamatnál. Napjaink fejlesztésének fő irányvonala a napenergia hasznosítása, amely egy olcsó és megbízható technológiának mutatkozik. Parabola tányérokkal a motor meleg oldalára összpontosítják a napsugarakat. Ezzel a technikával 2010-ben 1,5 MWe teljesítményt 11

tudtak előállítani 26%-os hatásfok mellett [10]. Ezen típusok elterjedt alkalmazási területe még az űrkutatás is, ahol műholdakat, űrszondákat látnak el energiával. A Stirling motorok számára előnyt jelent még, hogy ellentétben a belső égésű motorokkal, a hőbevitel időben állandó, valamint tömeg-kiegyensúlyozottsága tökéletes, emiatt a berendezés lényegesen csendesebben tud üzemelni. Ez akkor különösen előnyös, ha a fogyasztókhoz közel kell üzemeltetni a berendezést, vagy kimondott elvárás a csendes járás, például tengeralattjáróknál. A svéd Kokums hajógyár az 1980-as években tíz Stirling-hajtású tengeralattjárót épített, melyek nagy üzleti sikert jelentettek. Karbantartást alig igényel, hiszen egyszerűbb a felépítése, kevesebb mozgó alkatrészből áll, ezáltal megbízhatóbb. Sokkal kisebb nyomáson üzemelnek, ezért biztonságosabbak, mint a hagyományos hőerőgépek és részterhelésen is jó a teljesítményük [11]. Mindezen előnyei mellett hátrányai is vannak a gépnek. A hideg és meleg oldali hőcserélők rendkívül költséges szerkezetek, ugyanis nagy felületűek, nyomás és korrózióállók kell, hogy legyenek A berendezés csak lassan indítható, valamint gyors teljesítményváltoztatásra sem alkalmas, ezért járművekbe beszerelni meglehetősen körülményes. Éppen ez okból kifolyólag előnyös alaperőforrásként alkalmazni például kapcsolt hő- és villamosenergia termelésben, ahol viszonylag egyenletes terhelésnek van kitéve és a keletkező hőveszteség is megfelelő módon hasznosítható. A Stirling motorokkal kapcsolatban meg kell említeni, hogy hasznosításuk egy másik lehetséges formája a körfolyamat megfordításából származik. Ehhez a termodinamika II. főtétele alapján plusz bevezetett mechanikai energiára van szükségük, melyet szolgáltathat egy elektromos motor vagy akár egy másik Stirling motor is. Ezzel a módszerrel extrém alacsony hőmérsékleteket is el lehet érni. A Stirling Cryogenics gépei akár -258 °C-ot is képesek előállítani, mellyel a hidrogén és a neon is cseppfolyósítható. 2009-ben ezeket a kriogén hűtőket tartották a legkifejlettebb és leginkább elterjedt Stirling gépeknek [12].

3.1.2. A Stirling körfolyamat Az ideális Stirling körfolyamat négy termodinamikai folyamatból áll, melyeket az 1. ábra szemléltet: 1.

Izotermikus expanzió – az expanziós tér állandó magas hőmérsékleten van, a munkagáz pedig közel izotermikusan expandál, miközben hőt von el a hőforrástól.

2.

Izochor hőelvonás – a gáz átáramlik a regenerátoron, ahol leadja a hőjét.

3.

Izotermikus kompresszió – a kompressziós tér állandó alacsony hőmérsékleten van, a munkagáz közel izotermikus kompressziója során hőt ad le a környezetének.

12

4.

Izochor hőbevitel – a munkagáz visszaáramlik a regenerátoron keresztül, ami előmelegíti azt a 2. lépésben elvont hővel, így visszakapjuk az eredeti állapotot.

1. ábra. Az ideális Stirling körfolyamat [13]

3.1.3. Hatásfok A kinyerhető hasznos munka Wnet egyenlő az expanzió során kinyert pozitív előjelű munka és a kompresszió során felhasznált, negatív előjelű munka összegével és a körfolyamat által a p-V diagramon bezárt területtel. 𝑊𝑛𝑒𝑡 = 𝑊𝑒𝑥𝑝 + 𝑊𝑘𝑜𝑚𝑝

(1)

𝑊𝑛𝑒𝑡 = ∫𝑒𝑥𝑝 𝑃𝑑𝑉 + ∫𝑘𝑜𝑚𝑝 𝑃𝑑𝑉

(2)

A munkaközeget ideális gázként kezelve felhasználhatjuk, hogy 𝑃 =

𝑛𝑅𝑇 𝑉

. Így a (2) egyenlet a

következőképpen alakul: 𝑊𝑛𝑒𝑡 = ∫𝑒𝑥𝑝

𝑛∙𝑅∙𝑇𝑚𝑎𝑥 𝑉

𝑑𝑉 + ∫𝑘𝑜𝑚𝑝

𝑛∙𝑅∙𝑇𝑚𝑖𝑛 𝑉

𝑑𝑉

𝑉

𝑊𝑛𝑒𝑡 = 𝑛 ∙ 𝑅 ∙ (𝑇𝑚𝑎𝑥 − 𝑇𝑚𝑖𝑛 ) ∙ 𝑙𝑛 𝑉𝑚𝑎𝑥 𝑚𝑖𝑛

(3) (4)

Az izotermikus expanzió során a környezettől elvont hő megegyezik az ugyanebben a fázisban kinyert expanziós munkával, azaz: 𝑄𝑒𝑥𝑝 = ∫𝑒𝑥𝑝 𝑃𝑑𝑉

(5) 𝑉

𝑄𝑒𝑥𝑝 = 𝑛 ∙ 𝑅 ∙ 𝑇𝑚𝑎𝑥 ∙ 𝑙𝑛 𝑉𝑚𝑎𝑥 𝑚𝑖𝑛

(6)

Az állandó térfogaton történő hőbevitel során bevitt hőmennyiség: 𝑄𝑏𝑒 = 𝑛 ∙ 𝐶𝑉 ∙ (𝑇𝑚𝑎𝑥 − 𝑇𝑚𝑖𝑛 ) 13

(7)

ahol 𝐶𝑉 a gáz állandó térfogaton vett moláris hőkapacitása. A körfolyamathoz szükséges teljes hő a (6)-os és (7)-es egyenlet összege: 𝑉

𝑄𝑡𝑜𝑡 = 𝑛 ∙ 𝐶𝑉 ∙ (𝑇𝑚𝑎𝑥 − 𝑇𝑚𝑖𝑛 ) + 𝑛 ∙ 𝑅 ∙ 𝑇𝑚𝑎𝑥 ∙ 𝑙𝑛 𝑉𝑚𝑎𝑥

𝑚𝑖𝑛

(8)

Most már felírhatjuk a Stirling körfolyamat termikus hatásfokát: 𝜂=

𝑉 𝑅∙(𝑇𝑚𝑎𝑥 −𝑇𝑚𝑖𝑛 )∙𝑙𝑛 𝑚𝑎𝑥

𝑉𝑚𝑖𝑛 𝑉 𝐶𝑉 ∙(𝑇𝑚𝑎𝑥 −𝑇𝑚𝑖𝑛 )+𝑅∙𝑇𝑚𝑎𝑥∙𝑙𝑛 𝑚𝑎𝑥 𝑉𝑚𝑖𝑛

(9)

Ez a hatásfok nem egyenlő a Carnot körfolyamat hatásfokával, ami az adott hőmérséklethatárok körött elérhető legjobb hatásfokot jelentené. Ahhoz, hogy ezt megkapjuk, feltételeznünk kell, hogy az izochor hőbevezetés során szükséges hőmennyiség teljes mértékben fedezhető az izochor hőelvonásból. Erre a feladatra szolgál a beépített regenerátor, melyet alkalmazva elhagyhatjuk a (7) hőbeviteli tagot. A kapott hatásfok így a következőképpen módosul: 𝜂=

𝑉 𝑅∙(𝑇𝑚𝑎𝑥 −𝑇𝑚𝑖𝑛 )∙𝑙𝑛 𝑚𝑎𝑥 𝑉𝑚𝑖𝑛

𝑉 𝑅 ∙𝑇𝑚𝑎𝑥 ∙𝑙𝑛 𝑚𝑎𝑥

=

𝑉𝑚𝑖𝑛

(𝑇𝑚𝑎𝑥 −𝑇𝑚𝑖𝑛 ) 𝑇𝑚𝑎𝑥

𝑇

= 1 − 𝑇 𝑚𝑖𝑛

𝑚𝑎𝑥

(10)

Regenerátort alkalmazva tehát elméletileg elérhető a Carnot körfolyamat hatásfoka. A gyakorlatban sajnos a regenerátor belső hatásfoka kevesebb, mint 100%, így a Stirling körfolyamat hatásfoka mindig kisebb lesz, mint a Carnot-é [14]. A képlet szerint a hatásfok akkor nagy, ha a hőbevezetés magas, a hőelvonás pedig alacsony hőmérsékleten történik. A hevítő hőmérséklete függ a szerkezeti anyagoktól és a hőforrás minőségétől is. A hideg oldali hőcserélőben lévő munkaközeg hőmérsékletét alapvetően a környezeti levegő, valamint a hőcserélő méretei határozzák meg. Elfogadható méretű hőcserélő adódik, ha a munkagáz 𝑇𝑚𝑖𝑛 hőmérsékletét a környezetinél 60 °C-kal magasabb hőmérsékletre kívánjuk hűteni. A körfolyamat elméleti hatásfokánál lényegesen kisebb a motor tényleges hatásfoka, ugyanis a munkaközeg áramlási veszteségeit, a mechanikai részek súrlódási és a hőbevitelből származó veszteségeket nem hagyhatjuk figyelmen kívül [15]. A Stirling motorok elektromos hatásfoka napjainkban akár 25 % is lehet, termikus hatásfoka pedig 74% az alkalmazott nyomásszinttől függően. Az összhatásfok értéke elérheti a 91%-ot [16].

3.1.4. A motor működési elve A motor működési elvét egy egyhengeres, β típusú Stirling gépen mutatom be, melynek magyarázata a 3.1.5. fejezetben található. A 4 fázist a 2. ábra szemlélteti.

14

2. ábra [13] 1. A munkadugattyú felfelé mozog, a kiszorító dugattyú pedig közel a felső helyzetben van, tehát a hideg gázt már átnyomta a meleg térbe a regenerátoron keresztül, mely ezen az egyszerűsített ábrán nincs jelölve. Ez a fázis felel meg az izochor hőbevitelnek, ugyanis a térfogat nagyjából állandónak tekinthető. 2. A munkadugattyú a felső holtpontban van, a kiszorító dugattyú pedig lefelé mozdul, vagyis megkezdte a meleg gáz visszanyomását a hideg oldalra. A munkagáz izoterm expanziót szenved el. 3. A munkadugattyú éppen hogy átjutott a felső holtpontján és lefelé tart. Ezzel egyidőben a kiszorító dugattyú az alsó holtpontján van, a gáz pedig a hideg oldalon közel izochor módon lehűl. 4. A munkadugattyú közel az alsó holtpontban van, vagyis már szinte teljes mértékben komprimálta a hideg térrészben lévő gázt. A kiszorító dugattyú eközben megindult felfelé, átterelve a munkaközeget a meleg térrészbe, hogy ismét az 1. helyzetet lehessen elérni, és folytatódhasson a körfolyamat.

3.1.5. Főbb motortípusok 1. α típus Ez a változat egy hideg és egy meleg dugattyúból áll, melyek mindegyike végez munkát. A gáz a két henger között közlekedik a regenerátoron keresztül. Ennek a típusnak nagy az egységnyi térfogatra eső teljesítménye, azonban problémát jelent a meleg oldali henger tömítése. A két dugattyú egymáshoz képest 90°-os eltéréssel mozog. Ezt leggyakrabban úgy oldják meg, hogy a hengereket derékszögben elforgatják [15]. A motor csak az egyik irányba tud forogni, tengelyét forgatva az egyik henger hűlni, a másik melegedni fog. 15

2. β típus A β és a később ismertetett γ típusú gépeket kiszorításos elvű gépeknek nevezzük, ugyanis két dugattyújukból az egyik a munkadugattyú, a másik pedig a kiszorító dugattyú. A már megismert négy ciklus játszódik le ebben a kialakításban is. Jellemző rá, hogy a két dugattyú egy hengerben helyezkedik el, így a holt tér mérete csökken, ami jobb hatásfokot eredményez, a gép pedig összességében kompaktabb. A munkadugattyú általában a henger hideg oldalán helyezkedik el tömítési megfontolásból. Nagyobb teljesítményre képes, mint a γ típus, azonban bonyolultabb szerkezet [15]. 3. γ típus Ez a legáltalánosabb és legnépszerűbb géptípus, mely kompromisszumot képez az α és a β típus között. A különbség a β típushoz képest, hogy a kiszorító és munkadugattyúk külön hengerekben vannak, melyek el vannak választva egymástól, de mindkét dugattyú ugyanahhoz a tengelyhez csatlakozik, ezáltal egyszerűbb a felépítése [15]. Általában olyan helyeken használják, ahol kicsi a hőmérsékletkülönbség a hideg és a melegpont között. 4. Szabad dugattyús gépek A szabad dugattyús gépek felépítésüket tekintve a γ típushoz állnak legközelebb. Legfőbb jellemzőjük, hogy a dugattyúk nincsenek forgattyús szerkezethez kötve, így elkerülhető annak mechanikai súrlódása és a gép is kisebb helyet foglal el. A termelt energia lineáris generátorral nyerhető ki, vagy használható a szerkezet szivattyúként is. Az újabb fejlesztések már a kevés megmaradt mozgó alkatrész súrlódását is minimalizálják gázcsapágyazás alkalmazásával, ahol nincs fizikai kontakt a fém alkatrészek között. Ez üzemtanilag rendkívül kedvező megoldás, a gép nem igényel karbantartást. 5. Kettős működésű gépek Több hengeres motorról van szó, amely több α típus összekapcsolásából született azáltal, hogy a dugattyúkat egyetlen tengelyhez kötik be. A gyakorlatban a négyhengeres kivitel tűnt legmegbízhatóbbnak. Minden hengerben egyetlen dugattyú van, amely kiszorító és munkadugattyúként is funkcionál. A fázisszög különbség a dugattyúk között 90°, ezt gyakran támolygótárcsás szerkezettel oldják meg. Kialakításukat tekintve léteznek még egyéb, összetett típusok is, most azonban csak a legfontosabbakat emeltem ki.

16

3.1.6. Elszennyeződés problémája A szilárd üzemanyag direkt elégetése a Stirling motorban sokkal egyszerűbb és olcsóbb technológia, mint annak elgázosítása, ezáltal kedvezőbb megoldás lehet félreesőbb területek számára. A közvetlen égetés előnyei közé tartozik még, hogy az elgázosító rendszerhez képest kisebb az élő munkaerő igénye, ezáltal tovább csökken a kockázata a CO mérgezésnek a dolgozók körében [17]. A szilárd biomassza tüzelés esetén a Stirling motornál a legnagyobb problémát a meleg oldali hőcserélő elszennyeződése jelenti, ugyanis ezzel csökken a hőátadó felület és csökken a kinyerhető teljesítmény [18]. Ez az égés során keletkező hamu miatt van és fatüzelés esetén különösen 1000 °C feletti hőmérsékletnél veszélyes, mert efölött elkezd megolvadni a hamu. Ez az érték energiafű esetén még alacsonyabb, 580 °C, ami a magas K és Na elemek arányának köszönhető [19]. A különböző, potenciális tüzelőanyagokra jellemző értéket a 1. táblázat tartalmazza Szemmelveisz T. és munkatársainak mérései alapján. 1. táblázat. Tüzelőanyagok hamujának kezdeti lágyulási hőmérséklete [19] Biomassza megnevezése fenyőfa faapríték vágástéri hulladék fűrészüzemi hulladék szalma energiafű

Lágyulás kezdeti hőmérséklete [°C] 1182 1079 1050 1049 933 580

A lágyuláspontra azért kell különösen figyelni, mert a megolvadt részecskék miatt a hamu darabossá válik és az olvadék könnyebben a felületekre tapad. A megoldást a tüzelőtér megfelelő kialakítása és folyamatos tisztítása jelenti. Egy 2005-ös osztrák-dán projekt keretein belül egy automatizált pneumatikus tisztítóberendezés és egy új meleg oldali hőcserélő kialakítás került kifejlesztésre a motor számára, hogy növeljék a szükséges karbantartások és kézi tisztítások közt eltelt időt. Ennek eredményeképpen a kezdeti 20%-ról 27%-ra emelkedett a vizsgált motor elektromos hatásfoka, a teljes energiatermelő egységből kiadott elektromosságé pedig 9,2%-ról 13%-ra [20].

3.2. Kisméretű kapcsolt energiatermelő rendszer A kapcsolt hő- és villamosenergia (CHP - Combined Heat and Power) termelés világszerte elismerten az egyik leghatékonyabb módja az energiagazdálkodásnak. Sokan egyetértenek abban, hogy a szükségesen megtermelt hőt csakis villamosenergiával együtt szabadna 17

előállítani, ahol ez lehetséges. Természetesen ennek az a legfontosabb feltétele, hogy jelentős hőigény mutatkozzon a termelés közelében, ezért nagyméretű rendszer esetében csak korlátozott számú helyszín jöhet számításba. Az adott hőerőgépbe betáplált energia elsődlegesen villamos energiává alakul, majd a fel nem használt hőt tudjuk tovább hasznosítani, például távfűtésre.

3.2.1. A rendszer ismertetése A kisméretű CHP rendszerek esetében a nagy mérettel ellentétben sokkal szélesebb az alkalmazhatósági tartomány. Itt más a prioritás, ezeknek a hőerőgép típusától függetlenül az elsődleges célja a hőigények kielégítése, az elektromos áram pedig csupán másodlagos terméknek tekinthető. Az így felépülő folyamatnak nagyjából 20-28%-kal kevesebb a primerenergia fogyasztása, mint a külön termelt hő és villamosenergia esetében a hőerőgép típusától függően [21]. Ez azt is eredményezi, hogy egységnyi megtermelt energiára kevesebb CO2 kibocsátás jut, ami környezetvédelmi szempontból lényeges előny. Növekszik a villamos hálózat megbízhatósága is a decentralizált energiatermelés következtében azáltal, hogy egy esetleges hálózati hiba következményei kevésbé érződnek a rendszer fogyasztói számára. Meg kell azonban említeni, hogy a két energiafajta igénye egymástól függetlenül jelentkezik, emiatt gyakori a részterhelés, ami csökkenti az összhatásfokot. Ezt a jelenséget rövidtávú energiatárolás beépítésével csökkenthetjük. Általánosságban elmondható, hogy kisméretű CHP termelésről 15-100 kW elektromos teljesítmény mellett beszélünk, ennél kisebb rendszerek (5-15 kWe) a mikro CHP kategóriába tartoznak [9]. Kisméretű rendszerek lehetnek például nagyobb irodaház együttesek, kórházak, ipari telepek vagy mint ebben a dolgozatban is látható, kisebb községek. A leggyakoribb technológiai megoldások ilyen alkalmazás esetében a belső égésű motorok, ORC alapú berendezések, üzemanyagcellák, mikro gázturbinák és a Stirling motorok. Ezen különböző technológiák összehasonlításával számos cikk foglalkozik technikai, ökológiai és gazdasági szempontokból [21, 22]. A cikkek rávilágítanak, hogy a Stirling technológia versenyképes lehet, azonban még viszonylag magas ára van, mivel még új megoldásnak számít a kapcsolt energiatermelésben. Habár a technológiával kapcsolatban még kevés gyártási és üzemelési tapasztalat van, a további folyamatos kutatásoknak és fejlesztéseknek köszönhetően a közeljövőben várhatóan még megbízhatóbb és még jobb hatásfokú berendezések jelennek meg a piacon, melyek potenciális energiaforrásként szolgálhatnak a kisméretű CHP rendszerek számára a korábban felsorolt előnyeiknek köszönhetően.

18

Egy biomassza alapú, Stirling motorral üzemelő rendszer egyszerűsített sémája látható a 3. ábrán. A jobb elektromos hatásfok elérése érdekében célszerű minél magasabb hőmérsékleten üzemeltetni a kazánt, azonban szem előtt kell tartani a hamu olvadáspontját is az elszennyeződés miatt. Az alacsony NOx kibocsátás érdekében a kazán kialakítása kétfokozatú, a füstgáz hőmérséklete pedig nagyjából 950 °C. Ez először a meleg oldali hőcserélőbe kerül, aminek a felülete általában 750 és 790 °C között változik. Azért, hogy az égetés minél gazdaságosabban tudjon végbemenni, az égési levegőt 450-550 °C-ra előmelegítik a keletkező füstgázzal egy hőcserélőben. A füstgáz ezután egy fűtési hőcserélőbe kerül, és a folyamat végén 120-150 °C-ra lehűlve hagyja el a rendszert. A felmelegedett hűtővíz szolgáltatja a távhőt. Ennek maximális hőmérséklete 75 °C, ami nagyban függ a fogyasztói hőigényektől [20].

3. ábra. Az alkalmazott CHP rendszer [20]

3.2.2. Termikus energiatároló A kapcsolt energiatermelő rendszerhez, ha van rá gazdasági lehetőség, érdemes egy központi energiatárolót illeszteni, mely adott esetben nagy mennyiségű termikus energiát tud eltárolni pár órára. Ezzel kiegyenlíthetők a fogyasztói energiaigények és a motorok üzeme is egyenletesebbé válik. A kapcsolt energiatermelés mellé megfelelően méretezett termikus energiatároló rendszer amellett, hogy kielégíti a hőigényt, 15-45% primerenergia megtakarítással jár, mert kiegyenlíti a változó fogyasztói igényeket, ezáltal folyamatosabb üzemet tud biztosítani a hőtermelő berendezések számára [23].

19

Az elektromos energiafogyasztást is figyelembe véve nagymértékben növelhető a rendszer gazdasági életképessége. Különböző kisebb rendszerekre elvégzett kutatások és tesztek eredményei megtalálhatók a [23, 24] jelű forrásokban. A méretezésen túl egy intelligens irányító stratégiát is ki kell dolgozni a kapcsolt termelés számára, ami biztosítja, hogy a termikus energiatároló töltöttsége alacsony szinten legyen, amikor nagy elektromos igények vannak [24]. Ehhez megbízható előrejelzések is szükségesek a fogyasztásról. Így az aktuális elektromos igények is nagyobb mértékben kielégíthetők, azonban egy ilyen központi tároló tervezése és a rendszerhez illesztése nem része a dolgozatnak. Helyette kisebb, a fogyasztóknál elhelyezett termikus tárolókkal lehet ezt a folyamatot elősegíteni, melyek alapvetően a használati melegvíz ellátás miatt kerülnek a rendszerbe. Ezen melegvíz tárolók feltöltésének ütemezése a rendszerirányítás feladata. Beépítésük szükségességének részletezése a 4.1. pontban található.

20

4. A választott település és kistérsége Az ellátni kívánt település kiválasztásának szempontjai a lakosságszám és az elhelyezkedés volt. Ennek megfelelően Cserénfa községre esett a választás, amely Somogy megye keleti részén található, a kaposvári járásban, amint az a 4. ábrán is látható. A falu két város, Kaposvár és Dombóvár között fekszik, 15 km-re a megyeszékhelytől. A 61-es és 66-os főutakon, valamint erdészeti utakon is jól megközelíthető, ami a tüzelőanyag szállítás szempontjából jelentős előny.

4. ábra. A falu elhelyezkedése Méreteit tekintve a falu jelenleg 84 lakóházból áll, melyek összesen 1775 ha-on terülnek el, az állandó lakosság pedig 219 fő volt a 2011-es népszámlálás idején az online elérhető statisztikai adatok szerint [25]. Infrastruktúráját tekintve minden házban van ivóvíz és elektromos áram ellátás, valamint 59 házba a vezetékes gáz is be van kötve, azonban nincs kiépítve központi csatornázás, a szennyvízelvezetés mindenhol egyéni gyűjtőrendszerrel van megoldva. Egy 2015-ben lezáruló projekt keretein belül Cserénfán kívül még hat környező faluban felújításra került az ivóvíz hálózat a túlzottan magas ammónium- és vastartalom miatt. Lakásállományának korszerűsége megfelel a magyar átlagnak. A lakóházak többsége egyszintes, legtöbbjük régi építésű, az elmúlt 25 évben csupán 10 új ház épült [25]. Somogy megye az ország erdőkben leggazdagabb területei közé tartozik, területének 32%-át borítják erdők [26]. Nincs ez másként Cserénfa környezetében sem, ahol ez a szám még nagyobb, 56%.

21

Ez jóval az országos átlag felett van, ami miatt kézenfekvő, hogy érdemes minél széleskörűbben kihasználni az erdős területek nyújtotta lehetőségeket. Villamosenergia-felhasználás tekintetében a település átlagosnak mondható, évente átlagosan 220 MWh volt a fogyasztás az elmúlt évtizedben. Ezzel szemben a gázfogyasztás jócskán alul marad az országos átlagnak. Ez azért lehet, mert a 84 lakásból 2014-ben csak 58-ban volt földgáz alapú fűtés [25], és ezekben is valószínűleg még fatüzelésű kályhákkal egészítik ki azt. A többi helyen feltehetően csak fával fűtenek, vagy egyéb, a környezetben fellelhető hulladékkal (pl. papír, szalma, kukorica csutka). Emiatt ezen fogyasztási adatok alapján nem becsülhető megfelelő pontossággal a falu hőigénye, ezért más, részletesebb módszerhez folyamodtam, amit a 4.1. pontban részletezek. Az elmúlt években a falu gáz és villamos energia fogyasztását az 5. ábra mutatja. Ezeken csak a lakossági fogyasztók szerepelnek, mivel elsősorban őket kívántam kiszolgálni, de természetesen a közintézmények is bekapcsolhatók lennének később a rendszerbe. A diagramokról leolvasható, hogy az elmúlt pár évben a fogyasztás nem változott jelentősen, viszont a 2008-es adatokhoz képest jelentős a csökkenés, ami a villamosenergia-fogyasztáson látszik leginkább. Ez valószínűleg a 2008-as gazdasági válság, valamint a folyamatos népességcsökkenés fokozatos eredménye. 2007-ben még 90 lakóház volt a faluban és 235-en laktak ott [25]. A gázfogyasztás jelentősebb ingadozása a gázárak változása mellett a változó téli átlaghőmérsékleteknek is köszönhető, bár

300

60

250

50

200

40

150

30

100

20

50

10

0

Földgázfogyasztás (1000 m3)

Villamosenergia-fogyasztás (MWh)

itt is megfigyelhető a csökkenő tendencia.

0 2005

2006

2007

2008

2009

2010

Villamos energia

2011

2012

2013

2014

Földgáz

5. ábra. A falu energiafelhasználása [25]

4.1. A falu hőigénye A tervezett kisméretű kapcsolt energiatermelő egység alapvető feladata a falu hőigényeinek kielégítése egy távhőrendszer segítségével. Minden lakóházon részletes energetikai számítást 22

végezni csak konkrét kivitelezés esetén van értelme, ezért a becsléshez átlagos adatokat használtam, melyek jó közelítéssel megfelelnek a valóságnak.

4.1.1. Szükséges hőteljesítmény A beépített Stirling motorok szükséges teljesítményének meghatározásához fel kell mérni az épületek fűtési és használati melegvíz igényeit. A fűtési hőszükségletet a sokéves meteorológiai statisztikai adatok alapján várható legalacsonyabb napi átlaghőmérséklet figyelembevételével, a használati melegvíz igényt a fogyasztók számának függvényében a fogyasztás céljával összhangban határozzák meg. Az online elérhető Települési adatgyűjtő adatai szerint a településen az egy házra jutó átlagos alapterület 95 m2. A lakóházak hőszigetelés szempontjából meglehetősen elmaradottnak tekinthetők, mivel összesen 65%-uk épült 1970 előtt, 45%-uk pedig még 1960 előtt [25]. Emiatt az épületek átlagos szigetelését közepesen rossznak vettem és a fűtőtestekkel foglalkozó TIBO Kft. méretezési adatait felhasználva számítottam ki a maximálisan szükséges fűtőteljesítményt a fűtött légtérfogat alapján [27]. Az egy légköbméterre eső teljesítményigény C=60 W/m3, és ez alapján a szükséges becsült fűtési hőteljesítmény igény a 84 lakóházra a (11)-es számú egyenlet szerint számítható. 𝑄̇𝐹𝐶𝑆 = 𝐶 ∙ 𝐴ℎá𝑧 ∙ ℎ ∙ 𝑛ℎá𝑧 = 60 ∙ 95 ∙ 2,6 ∙ 84 = 1,245 𝑀𝑊𝑡ℎ ahol: 𝐶 𝐴ℎá𝑧 ℎ 𝑛ℎá𝑧

(11)

a légköbméterre fajlagosított teljesítmény [W/ m3] egy lakóház átlagos alapterülete [m2] átlagos belmagasság [2,6 m] lakóházak száma [-].

Ez az érték alapvetően egy felső becslés, mert a használt módszer a biztonság javára téved és a rendszer túlméretezett lehet, de pontosabb számítások hiányában célszerűbb ezt a megoldást választani. A szükséges teljesítmény a házak külső falára felvitt 8 cm vastag hőszigeteléssel 1 𝑀𝑊𝑡ℎ teljesítményre lenne csökkenthető, azonban a jelenlegi állapotokat vettem figyelembe. A távhőrendszerek esetében a háztartások használati melegvíz ellátásánál alapvetően két különböző koncepciót szoktak alkalmazni. Az első a nagy teljesítményű hőcserélővel üzemelő, úgynevezett átfolyásos rendszer. Ezt akkor érdemes alkalmazni, amikor egyszerre kevés fogyasztó használja a melegvizet, például kis létszámú háztartások esetén. A másik a melegvíz tárolós rendszer, melynek nagyobb a beruházási költsége, viszont képes kielégíteni a rövid időn belül keletkező nagyobb igényeket is. Termelés szempontjából a tárolós megoldás előnyösebb, mert a hőtermelés időben egyenletesebben valósulhat meg a nap folyamán. Nagyobb fogyasztók csúcsigényeinek kielégítésére a két megoldás kombinálható, azaz egyszerre történik 23

az ellátás egy hőcserélőről és egy melegvíz tárolóból. A konkrét megoldás minden esetben az aktuális háztartástól és annak melegvíz fogyasztási szokásaitól függ. A használati melegvíz hőteljesítmény igényét az egy főre eső napi átlagos melegvíz fogyasztás alapján számítottam a [28]-as tervezési segédlet segítségével. Egy épület napi melegvíz igénye alapján számolt igény a teljes lakosságra: 1

1

𝑉𝑚 = 0,4 ∙ 𝑎 ∙ 𝑓 ∙ 1000 = 0,4 ∙ 120 ∙ 219 ∙ 1000 = 10,512 ahol: 𝑎 𝑓

𝑚3

(12)

𝑑

a napi víz fejadag [l/fő/d] melegvíz fogyasztók száma az épületben, összesen

Ez alapján a melegvíz készítő berendezés méretezéséhez szükséges hőteljesítmény igény a faluban: 𝑄̇𝑚 = 0,4 ∙ 𝑉𝑚 ∙ (𝑡𝑚 − 𝑡ℎ ) = 0,4 ∙ 10,512 ∙ (45 − 10) = 178 𝑘𝑊𝑡ℎ ahol: 𝑉𝑚

(13)

melegvíz-igény [m3/d]

𝑡𝑚

melegvíz hőmérséklete (ált. 45 °C)

𝑡ℎ

hidegvíz hőmérséklete (ált. 10 °C)

Méretezés szempontjából a maximális csúcsigény meghatározásakor a használati melegvíz igénynek csak a harmadát kell figyelembe venni [28], mert ez az igény több háztartás esetében jobban eloszlik és a fűtésre használt teljesítmény csúcsigény esetén ideiglenesen átcsoportosítható. Eszerint a teljes igényelt hőteljesítmény 1250 𝑘𝑊𝑡ℎ +

178 3

𝑘𝑊𝑡ℎ =

1,3 𝑀𝑊𝑡ℎ .

4.1.2. Igényelt hőmennyiség A beépített teljesítményen kívül meg kell határozni a szükséges hőmennyiséget is, amit a háztartások igényelnek a tüzelőanyag fogyasztás miatt. Ehhez a [29]-es Vezetékes energiaellátás jegyzetet használtam. A fűtéshez felhasznált hőt itt a csúcsigényhez tartozó hőteljesítmény segítségével kell számolni. Ha a fűtési időszak hossza 𝜏𝐹 , akkor az éves fűtési hőigény: 𝜏 1 𝑄𝐹 = ∫0 𝑓 𝑄̇𝐹 (𝜏) ∙ 𝑑𝜏 = 𝑄̇𝐹𝐶𝑆 ∙ 𝜏𝐹 ∙ ∫0 𝑞̇ 𝐹 ∙ 𝑑𝑧

ahol

(14)

𝑞̇ 𝐹

a mindenkori fűtési teljesítmény és a csúcsteljesítmény hányadosa

𝑧

az adott fűtési teljesítményhez tartozó és a teljes fűtési időtartam hányadosa 24

Az integrálást elvégezve 𝑞𝐹 fajlagos hőfelhasználási mutatót kapjuk, mely az adott földrajzi területre vonatkozóan jól felhasználható a várható hőfelhasználás meghatározásához. Ez az érték meteorológiai statisztikai adatok alapján a (15)-ös összefüggéssel számítható. 1

1

1

𝑞𝐹 = 𝑞̇ 𝐹0 + (1 − 𝑞̇ 𝐹0 ) ∙ (1 + 𝛼+1 − 𝛽+1 − 𝛾+1) =

(15)

1 1 1 = 0,25 + (1 − 0,25) ∙ (1 + − − ) = 0,51 3 3,5 1,43926 Tapasztalatok alapján földrajzi helytől függetlenül 𝛼=2 és 𝛽=2,5 konstans értékek vehetők fel. 𝛾 értéke a külső hőmérséklet várható értétől függ és Budapesten 0,43926. Mivel Cserénfa térségében, csakúgy mint Budapest belső kerületeiben a méretezési külső hőmérséklet -11 °C, itt is használható ez a 𝛾 érték. 𝑞̇ 𝐹0 értéke a 12 °C külső átlaghőmérséklet elérésekor jelentkező minimális fűtési teljesítmény és a fűtési csúcsteljesítmény hányadosa. Ez jó közelítéssel 0,25-nek vehető. Ezekkel a kapott fajlagos hőfelhasználási mutató értéke 𝑞𝐹 =0,51. Az éves fajlagos fűtési hőigény számításakor feltételeztem, hogy átlagos évről van szó, ahol fűtési időszak hivatalosan október 15-től április 15-ig tart, ami 4368 órát jelent. Ettől persze az időjárás függvényében el szoktak térni. A (16)-os egyenlet alapján a fűtési hőszükséglet 10,7 TJ/a. 𝑄𝐹 = 𝑄̇𝐹𝐶𝑆 ∙ 𝜏𝐹 ∙ 𝑞𝐹 = 1,32 ∙ 4368 ∙ 0,51=10,7 TJ/a

(16)

A használati melegvíz hőigényét a teljesítményigényhez hasonlóan az egy főre eső napi melegvíz fogyasztás alapján számítottam a (17)-es egyenlet segítségével. 𝑄𝐻𝑀𝑉 = 𝑉𝑚 ∙ 𝜌𝑣 ∙ 𝑐𝑣 ∙ (𝑡𝑚 − 𝑡ℎ ) = 10,512 ∙ 1000 ∙ 4,2 ∙ (45 − 10) = 1,55 ahol: 𝜌𝑣

a víz sűrűsége [kg/m3]

𝑐𝑣

a víz fajhője [kJ/kg/K]

𝐺𝐽 𝑑

(17)

Éves szinten ez nettó 564 GJ hőenergiát jelent. Ehhez jön még hozzá a háztartásokba beépített melegvíz tárolók hővesztesége és a házon belüli elosztás vesztesége. A faluban 14 egyszemélyes háztartás van, melyek nem igényelnek egyszerre nagy mennyiségű melegvizet, emiatt ezekbe egyszerűbb, átfolyásos rendszer beépítése javasolt. A maradék 70 háztartásba 100 literes melegvíz tárolókat terveztem. A tárolás vesztesége egy-egy ilyen indirekt fűtésű melegvíz tárolónál a nettó hőigény 24%-a [30]. Ebben az esetben ez 135 GJ/a. Az elosztás

25

vesztesége cirkuláció nélküli 10%-nak vehető, vagyis 56 GJ/a [30]. Ez alapján a teljes használati melegvíz igény 755 GJ/a. Ezekben a hőtárolókban lévő hideg vizet a 178 kWth összteljesítményű berendezések 1,6 óra alatt tudják 45 °C-ra felmelegíteni. A falu hőigényeit a 6. ábrán látható tartamdiagram szemlélteti, ahol a használati melegvíz teljesítményigénye az éves szinten kiadott hőmennyiség alapján lett ábrázolva. A falu hőigénye tehát összesen 11,5 TJ/a. Nem szabad azonban elfelejteni, hogy ez egy felső határ, a gyakorlatban ennél kisebb értékek fordulnak elő az emberek fűtési és spórolási szokásainak megfelelően, hiszen például az egyedül élők a házak alapterületének csupán egy részét fűtik fel.

6. ábra. A becsült hőigényekhez tartozó tartamdiagram

4.2. A kistérség tüzelőanyag potenciálja A Stirling motorral üzemelő CHP rendszerek üzemanyaga rendkívül változatos lehet azok kialakításától függően. Ez a motor kedvező tulajdonságának köszönhető. Alapvetően biomassza alapú termelés megvalósítása a cél, mely lehet gáz, folyékony vagy szilárd halmazállapotú. Cserénfa és környezete erdőkben gazdag területnek számít, ami egyértelművé teszi, hogy a fafeldolgozás melléktermékeit érdemes hasznosítani ebben a térségben. A hazai erdőgazdálkodás évről évre igen nagy mennyiségű erdészeti mellékterméket állít elő, melyeknek 10%-át sem használjuk fel energiatermelési célokra. Felhasználásuk legegyszerűbb módja a közvetlen elégetés, így ebből a szempontból vizsgáltam a rendelkezésre álló 26

tüzelőanyag potenciált. A biomasszában rejlő energia meghatározásához első lépésként a különböző erdészeti melléktermékek mennyiségét, majd az adott fajra jellemző, tömegre vonatkoztatott fűtőértéket, végül pedig ezzel kapcsolatban a víztartalmat vettem számításba. Az erdőkben kitermelt fának több részét, több fázisban lehet energetikai célokra hasznosítani. A bruttó és a nettó kitermelt famennyiség különbsége az apadék. Ez a fa nem hasznosuló részét jelenti, úgy, mint vágásrések, föld feletti tuskórész, kéreg apadék, földbe taposott fa, melyek a helyszínen maradnak. A nettó termelt famennyiség három részből áll: a tűzifából, az aprításra szánt és gyűjtögetett hulladékból, valamint az ipari fából. Hasznosítható melléktermékek az utóbbi két részből kerülnek ki. Az első részt tehát a tűzifa jelenti, melynek mennyisége Magyarországon az utóbbi években meghaladta az iparifa mennyiségét, 2011-ben a bruttó fakitermelés 49%-át alkotta, beleértve a lakosság által összegyűjtött tűzifát is [31]. Ez többnyire lakossági igényeket elégít ki, ezért nem ez áll kimondottan a vizsgálat középpontjában. A magas részaránya a faipart érzékenyen érintő gazdasági válság miatt megnőtt tűzifa kereslet hatása. A második részt képviselő, energetikai célra hasznosítható erdészeti melléktermékek alapvetően három további csoportra bonthatók: 

a fakitermelési hulladék (kéreg, darabos hulladék, gallyanyag)



a fakitermelésben az ipari választékok (rönk, egyéb ipari fa) termelése közben keletkező melléktermék, tűzifa



az állománynevelési melléktermék, a kisméretű fa, gallyfa.

Az első csoportba tartoznak a vágástéri hulladékok, úgy mint az ágak, gallyak, és a cserjeszint anyaga a kitermelés helyszínén. A somogyi SEFAG Zrt.-től kapott információk alapján a gazdálkodási területükön (80 ezer ha) bruttó 420 ezer m3 az átlagos éves fakitermelés, ami nettó 380 m3-nek felel meg. A kitermelést végző cég gépekkel vagy kézzel összegyűjti a hulladék jellegű faanyagot, majd 2-6 hónap szárítás után felaprítja és értékesíti, évente 20 ezer m3-t. Ezzel együtt az erdőterületen visszamaradt vékony és vastag tűzifát a lakosság gyűjti össze és vásárolja meg. Ez alkotja a második csoportot és éves szinten 40 ezer m3-t tesz ki. Elsősorban ezt a két mellékterméket lenne célszerű kapcsolt energiatermelésre használni, ami a bruttó kitermelt famennyiség több mint 14%-a. Az erdei fahulladék és faapríték fűtőértéke szárítás után közel megegyezik a száraz tűzifáéval, előtte azonban valamivel kevesebb, mint a nedves tűzifáé. A harmadik csoportba tartozó melléktermékek mennyisége az előzőkéhez képest elenyésző, így azokra nem térek ki. 27

Az erdészetek mellett a következő lehetőséget a faipari melléktermékek hasznosítása jelenti. Ezek általában fűrészpor és darabos hulladék, melyek az iparifa alapanyagnak akár 20%-át is kitehetik [32]. A tiszta és száraz fából keletkező fűrészport és faforgácsot fel lehet használni közvetlenül tűzifával bekeverve, vagy pelletálva, brikettálva, mely termékek rendkívül jó tüzeléstechnikai tulajdonságokkal rendelkeznek [33, 34]. A különbség köztük a préselés technikájában és a végtermékek méretében van. Amíg a pelletek átmérője 6-12 mm, addig a briketteké 80-150 mm között változik. A brikettálás nagy előnyei, hogy 20-30 %-kal sűrűbb anyagot kapunk a kiinduló aprítéknál, a barnaszénnel azonos fűtőérték mellett kevesebb a hamutartalma, és kéntartalma csupán a szén kéntartalmának 15-30-ad része. A fafeldolgozás különböző termékeit, melléktermékeit és azok arányát a 7. ábra szemlélteti.

7. ábra. A fafeldolgozás termékei A

gyümölcsfa-

és

szőlőültetvények

nyesedékei

is

hasznosíthatók

lennének

energiatermelésre, csakúgy, mint a mezőgazdaság melléktermékei, ebben a kistérségben azonban nem ez a meghatározó, így ezen potenciálok vizsgálata nem képezi a dolgozat tárgyát. Fűtőérték tekintetében meglehetősen széles skálán mozognak a tűzifák, ami a mindenkori nedvességtartalomnak köszönhető. Ezért célszerűen egy tűzifa értékesítéssel foglalkozó cég fűtőérték adatait használtam fel, hogy reális eredményeket kapjak. A frissen vágott fa 45-50% víztartalommal rendelkezik. Ez fele akkora fűtőértéket okoz, mint a 10-15% víztartalmú légszáraz fa esetében. 10% víztartalom többlet akár 2 MJ/kg fűtőértékcsökkenést jelenthet [33]. A tüzeléshez használt fát 2 évig kell levegőn szárítani égetés előtt. A cél a 15%-os víztartalom elérése, amivel már hatékonyan lehet tüzelni. Ez tehát a tűzifa kiemelt fontosságú tulajdonsága, a szárításról és a folyamatos utánpótlásáról időben kell 28

gondoskodni. Tüzeléstechnikai szempontból érdemes megemlíteni, hogy a vízmentes fa szerves anyaga a cellulóz, szervetlen anyaga a kálium, a foszfor, a mész és a vas vegyületei. A fa átlagos összetétele: szén 51%, hidrogén 6,3%, oxigén 42%, nitrogén 0,1%, hamu 0,3%, egyéb 0,3% [33]. A fűtőérték és a nedvességtartalom kapcsolata a 8. ábrán látható. A víztartalom megmutatja, hogy az egységnyi anyagban lévő víz mennyisége hogyan viszonyul az egységnyi agyag tömegéhez. Ezzel szemben a nedvesség a szárazanyag tartalomra van vonatkoztatva.

8. ábra. A víztartalom és a fűtőérték kapcsolata [33]

4.2.1. Tüzelőanyag számítás A rendelkezésre álló famennyiség meghatározásakor abból indultam ki, hogy egy magyar tanulmány szerint gazdaságilag közúton 45 km-nél távolabbi területekről már nem érdemes fanyesedéket, illetve szőlővenyigét szállítani hőerőműhöz [35]. Ennek meghatározásához a szerzők figyelembe vették a szállítás, a rakodás, valamint az aprítás költségeit is. Ezen a távolságon belül az erőmű által a tüzelőanyagért fizetett ár magasabb, mint a beszállítók költsége. A CO2 kibocsátás csökkentése érdekében is mindenképpen célszerű a szállítás távolságát minimalizálni. Mivel ez csak egy kisméretű rendszer, és elsősorban a lokálisan fellelhető biomasszát hasznosítaná, a falu 15 km-es környezetében írtam össze az erdővel borított területeket jellemző fafajták szerint csoportosítva. Ehhez az Állami Erdészeti Szolgálat által 2006-ban készített térképet használtam, ami jellemző fafajok szerint jelöli az erdős területeket Magyarországon. Ennek a kinagyított részlete és a 15 km sugarú kör látható a 9. ábrán. A piros szín a jellemzően akácos területeket jelenti, a barna a tölgyeseket, a zöld a bükkösöket, a lila a csertölgyeseket, a

29

sárga pedig az egyéb lágy lombos fák erdőségeit, melyek lehetnek éger, hárs, nyár vagy fűz is. Egy raszter egység 287,7 hektárnak felel meg.

9. ábra. A kistérség erdővel borított területei Somogy megyében 171 837 ha-nyi erdő van, ami 37 989 ezer m3 élőfa készletet jelent (2013-as adat, [25]). A falu térségében az erdővel borított területek nagysága összesen 38 260 ha, ami részben Baranya megyében található. Ez magába foglalja az állami és a magántulajdonban lévő erdőket is. Mivel hasonló típusú erdővel borított hektáronként közel azonos mennyiségű fával számolhatunk, ez becsléseim szerint 8458 ezer m3 élőfa készlettel egyenlő. A somogyi készlet 2,06%-a volt a bruttó fakitermelési teljesítmény, ami a kistérségben 174 ezer m3 fát jelent éves szinten. Ez 8,3 ezer m3 aprítéknak és 16,6 ezer m3, lakosság által összegyűjtött tűzifának felel meg a SEFAG Zrt. termelési arányait felhasználva. A kiinduló adatokat, vagyis a különböző fafajokkal borított területek nagyságát, légszáraz állapotban vett fűtőértékeiket és a sűrűségeket az 2. táblázat tartalmazza. 2. táblázat. Fafajok kiinduló adatai Fafajok Tölgy Bükk Cser Akác Egyéb lombos

Terület [ha]

Fűtőérték [MJ/kg]

Sűrűség [kg/m3]

Fogyás a rostokra keresztben [%]

8 630 6 900 1 440 11 510 9 780

15,1 15,6 16,8 14,8 14,8

730 720 765 790 600

5,42 6,00 5,84 4,86 4,70

30

Az energiatartalom számítását azzal kezdtem, hogy a bruttó kitermelt mennyiséget felosztottam a területek arányában, így megkaptam a különböző fajonkénti fatérfogatot. Ennek a megfelelő részarányai megadták a rendelkezésre álló apríték, gyűjtött fa és ipari melléktermékek mennyiségét. Ezután megvizsgáltam a fák térfogatának fogyását száradás során. A fa hosszanti irányú fogyása elhanyagolható mértékű, viszont a rostokra merőlegesen jelentős, így ezzel számolni kell [36]. A megfelelő százalékkal csökkentett térfogatokat felszorozva az adott, légszáraz állapothoz tartozó sűrűségekkel a szárítás után rendelkezésre álló fa tömegét kaptam. Minden fajhoz a megfelelő fűtőértéket vettem, az egyéb lombos fáknál a lágyfákra vonatkozó átlagértékkel számolva, így megkaptam az apríték, a gyűjtött fa és az ipari melléktermékek energiatartalmát a (18)-as egyenlet alapján. 𝑄 = 𝑉 ∙ 𝜌 ∙ 𝐿𝑓 ahol: 𝑉

(18)

az adott fa térfogata [m3]

𝜌

az adott fa sűrűsége [kg/m3]

𝐿𝑓

az adott fa fűtőértéke [MJ/kg]

Az eredmények a 3. táblázatban vannak összegezve. Ahogy ebben látható, a teljes bruttó fakitermelés a falu 15 km-es sugarú környezetében 118 ezer tonnára adódott, amiből az apríték 5 615 tonna, a lakosság által gyűjtött fa 11 230 tonna, a faipari melléktermékek pedig 7 668 tonnát adnak ki. Ezen anyagok energiatartalma a fűtőértékekkel felszorozva rendre 84,7 TJ, 169,5 TJ és 115,7 TJ. Ezek az értékek jóval nagyobbak, mint a vizsgált település hőigénye (11,5 TJ). 3. táblázat. Fafajok számított tömege és energiatartalma Fafajok

Apríték 4,8%

Gyűjtött fa 9,5%

Faipari mellékt. 6,5%

Tölgy Bükk Cser Akác Egyéb lombos

1 291 1 013 225 1 874 1 212

19 500 15 798 3 772 27 741 17 939

2 583 2 025 449 3 749 2 424

38 999 31 596 7 545 55 481 35 877

1 763 1 383 307 2 560 1 655

26 627 21 573 5 151 37 881 24 496

Tömeg [t]: Energia [GJ]:

5 615 -

84 749

11 230 -

169 498

7 668 -

115 729

31

5. A kisméretű CHP rendszer alkalmazása Amint azt az előzetes számítások mutatják, a térség erdeiben fellelhető fa alapú biomassza potenciál bőségesen kielégíti a szükséges igényeket. Ennek megfelelően konkrét berendezések üzemelési adatai alapján működési koncepciót állítottam fel valamint csökkentettem a felhasznált melléktermékek körét és mennyiségét.

5.1. Alkalmazott berendezések Az Újpesti Erőműtől kapott tájékoztatás alapján az előállított hő 5-6%-át önfogyasztásra használják vagy a szállítás során veszteségként jelenik meg a téli időszakban. Nyáron ez az érték csak 2-3%, ami meglehetősen alacsonynak számít a jó minőségű szigetelésnek köszönhetően. A szükségesen beépítendő hőteljesítmény tehát 1370 kWth, nyáron pedig 183 kWth-val lehet számolni. Ennek megfelelően az előállítandó fűtési hő mennyisége 11,3 TJ, a használati melegvízé pedig 0,79 TJ. A Stirling motorok akkor üzemelnek jó hatásfokkal, ha minél nagyobb teljesítményen, minél magasabb meleg oldali hőmérséklettel tudnak működni. Ezért a maximum hőigény 73%-át, vagyis 1 𝑀𝑊𝑡ℎ hőteljesítményű Stirling motort érdemes üzemeltetni, lehetőleg nagy terhelésen. A maradék, még szükséges hőt a leghidegebb téli napokon egy egyszerű, 370 kWth teljesítményű kazán biztosítaná, hozzávetőlegesen 300 órán át évente. Ez a kazán ugyancsak biomassza tüzelésű lenne, csak áramot nem termelne működése során. Beépítése azért is szükséges, mert ilyen kevés üzemidő mellett egy Stirling motoros rendszer nem tudna megtérülni. Egy megvalósult projekt alapján a Stirling motoros kisméretű CHP rendszer LCOE (teljes élettartam költség) értéke 40,1 Ft/kWh, azaz ennyi az összesen megtermelt villamos energiára vetített beruházási költsége [37]. Ha a számítás alapját szolgáló berendezés csak fűtési időszakban üzemelt, az évenkénti 300 órás üzemidővel az LCOE értéke akkor is 582 Ft/kWhra nőne. Ilyen áron nem érdemes elektromos áramot előállítani, ezért elegendő a hagyományos kazán is. A közelmúlt német, osztrák és dán kutatási eredményeinek köszönhetően több nagyobb méretű, különböző teljesítményű Stirling motoros CHP rendszer lett tesztelve és került is üzembe [16, 17, 20, 34]. Az egyik legnagyobb ilyen energiatermelő egység faaprítékkal üzemel és 2003-ban indult a tesztüzeme. Alapja 8 hengeres, Stirling motor, melyben a munkaközeg maximum 4,5 MPa nyomású hélium. Névleges villamos teljesítménye 75 kWe, amivel a világon első ebben a méretben. A berendezés hermetikusan lezárt egységet képez, ami azt jelenti, hogy a 6 pólusú aszinkron generátor is nyomás alatt van. Induláskor ez indítómotorként is funkcionál. 32

A Stirling motor megtervezése három 35 kWe teljesítményű prototípus alapján történt, melyek összesen több mint 10 000 órán át voltak tesztüzemben. Ennek köszönhetően a legtöbb probléma megoldásra került, úgy, mint a meleg oldali hőcserélő megfelelő kialakítása, vagy a belső automatikus tisztítóberendezés [38]. A CHP rendszer főbb adatait a 4. táblázat tartalmazza, melyek névleges teljesítményű üzemre, 30%-os víztartalmú fára és λ=1,4 légfeleslegtényezőre vonatkoznak. 4. táblázat. A Stirling motor alapú CHP rendszer technikai adatai [38] Kiadott elektromos teljesítmény - Stirling motor Kiadott hőteljesítmény - Stirling motor Kiadott hőteljesítmény - CHP rendszer Bevitt hőteljesítmény

75 205 475 640

kW kW kW kW

Elektromos hatásfok - Stirling motor Teljes elektromos hatásgok - CHP rendszer Teljes hatásfok - CHP rendszer

26,8 % 11,7 % 85,9 %

5.2. A termelt villamos energia Ennek a rendszernek az adatait terjesztettem ki a falu igényeinek ellátására, tehát a villamosenergia-termelés kiinduló hatásfoka 11,7% volt. Mivel a névleges értéken való üzemelés nem mindig megoldható a gyakorlatban, némileg csökkenteni kellett a motor elektromos hatásfokát. Részterhelésre meglehetősen kevés adat áll rendelkezésre, úgyhogy egy olyan elméleti modell alapján készült összefüggést használtam, amit elfogadható pontossággal gyakorlati tesztek során igazoltak [39]. Ez a motor relatív hatásfokára (%) ad becslést a részterhelés függvényében. 𝜂𝑅𝑇 𝜂𝑁é𝑣𝑙

ahol: 𝑅𝑇

= 0,0001481 ∙ (𝑅𝑇)3 − 0,03289 ∙ (𝑅𝑇)2 + 2,566 ∙ (𝑅𝑇) + 24,66

(19)

a részterhelés százalékos értéke [%]

Ezt felhasználva, a becsült hőfogyasztási tartamdiagram alapján a fűtési időszakban termelt villamos energia mennyisége 422 MWh. Nyári időszakban annyira kicsi a hőigény, hogy nem éri meg a Stirling motorokat üzemeltetni. A fűtési időszakban termelt energia tovább növelhető a berendezések megfelelően megválasztott számától és méretétől függően. Minél több berendezésből áll össze a rendszer, annál könnyebb egy adott hőigényt úgy kielégíteni, hogy az üzemelő egységek mind nagy, vagyis névlegeshez közeli terhelésen működjenek. Ez az

33

optimálás azonban gazdasági következményekkel is jár, hiszen olcsóbb megoldás kevesebb, nagyobb teljesítményű gépet alkalmazni, mint több kicsit. A szivattyúk, és ezáltal a rendszer önfogyasztásának megállapításához szükség lenne a távhőhálózat csővezetékeinek pontos ismeretére. Ehelyett egy 2005-ben, Pornóapátiban megvalósult biomassza alapú, falu méretű távfűtés beépített szivattyúinak adatait használtam. A hőigények itt is hasonlóképp alakultak, 86 lakossági és 11 közületi fogyasztó ellátására képes a rendszer. A fűtővíz keringtetésére 2 db 10,45 kW teljesítményen üzemelő szivattyút alkalmaznak [40]. Ha ezek a szivattyúk az év 3/4 részében folyamatosan üzemelnek, az általuk elfogyasztott villamos energia mennyisége 137 MWh/a. Ezzel jelen esetben a lakossági igények kielégítésére fordítható nettó energiamennyiség éves szinten 285 MWh, ami összességében nagyobb, mint a falu fogyasztása (190 MWh), tehát bőven elegendő lenne. A termelt villamos energia azonban nem igazodik a fogyasztási igényekhez, hiszen a rendszernek nem ez az elsődleges célja. Ezért nagy fogyasztási teljesítményű csúcsidőszakokban és kis hőigény esetén, például nyáron, az országos hálózatból történik a villamosenergia-ellátás. A hálózatra történő kapcsolódás kétirányú, ezért többlet termelt energia esetén középületek, közvilágítás ellátására fordítható vagy eladható a hálózatnak. A hőigények alapján prognosztizálható, többlet villamos energiát az országos hálózat köteles átvenni a kötelező átvételi rendszer értelmében (KÁT), ami a falu villamos energia költségeit csökkenti. Az eladásból származó bevétel nagymértékben függ az aktuális termelési időszakra jellemző áram átvételi ártól, ami 13,11-35,91 HUF/kWh között változhat.

5.3. Hasznosított biomassza Nyilván az elsődleges cél az egyéb területek számára kevésbé értékes melléktermékek hasznosítása, így elsősorban a vágástéri és faipari hulladékok lennének felhasználhatók energiatermelésre. A falu Kaposvár közvetlen közelében és Dombóvártól közúton 30 km-re fekszik, így több faipari cég melléktermékeit is hasznosíthatná. Ha az ipari melléktermékeket brikettek formájában szeretnénk hasznosítani, számolnunk kell azzal, hogy a tüzelőanyag brikettálása költséges folyamat, a fabrikett átlagos ára 65-85 Ft/kg (2,2-3,3 Ft/MJ), ami valószínűleg nem kifizetődő. Ezzel szemben a szélezési és egyéb darabos hulladék jóval olcsóbb 12-18 Ft/kg (0,9-1,3 Ft/MJ), a fűrészpor pedig 6 Ft/kg (0,5 Ft/MJ) körül mozog. A vágás során visszamaradt farészeket az erdészetek többnyire lakossági igények kielégítésére használják, vagy faaprítékként adják el energetikai üzemeknek. A SEFAG Zrt. információi szerint az apríték átlagos ára 12-16 Ft/kg. Ez az ár csupán a gyűjtésbe, szárításba,

34

aprításba, logisztikába befektetett munka értéke miatt ilyen magas, hiszen gyengébb minőségről van szó, mint az iparifa esetében. Géphibák fellépése során az erdészet még rá is fizethet, de még így is pozitív a mérlege a hagyományos fakitermeléshez képest, ahol ezen melléktermékek jelentős része (gallyak, vékony ágak) elégestésre kerül a helyszínen. Csak viszonyításképpen, a 2016-os 2,3 Ft/MJ átlagos lakossági földgázárhoz képest ez 1,1 Ft/MJ-t jelent. Habár csak a vágástéri aprítékkal is bőven ki lehetne elégíteni a település hőigényeit, nem szabad elfelejteni, hogy ebben a térségben további 24 település is jelen van, köztük a megyeszékhely, melyek ugyanúgy igényt tarthatnak a fára, mint tüzelőanyagra. Ezért csökkentettem a tüzelőanyag szállítás sugarának nagyságát, hogy meghatározzam az ellátáshoz minimálisan szükséges területet. A (20)-as egyenlet alapján, a hőveszteségeket is beleszámolva, elegendő lenne éves szinten 1061 t faanyag az igények kielégítéséhez. Ha csak az aprítékot és a gyűjtött fa mennyiségének felét hasznosítanánk, akkor is elég lenne a falu 5 km sugarú környezetéből összegyűjteni a tüzelőanyagot. Ehhez feltételeztem, hogy ez a terület az átalagnak megfelelő erdősültséggel rendelkezik, valamint hogy a hasznosítható faanyag rendelkezésre áll. A település által elfoglalt területet (1775 ha) nem vettem a hasznos területek közé. 𝑄é𝑣𝑒𝑠

𝑚𝑓𝑎 = 𝜂

12090

𝑡ℎ ∙𝐿𝑓,á

ahol: 𝑄é𝑣𝑒𝑠

= 0,74∙15,4 = 1061 𝑡

(20)

az éves szinten kiadott hőmennyiség [GJ]

𝐿𝑓,á

a fa átlagos fűtőértéke [MJ/kg]

𝜂𝑡ℎ

a termelő egység hőtermelési hatásfoka [-]

A település ellátásához szükséges raktározandó fa mennyiségét fűtési időszakban a (21)-es egyenlet alapján kell meghatározni. Eszerint minden pillanatban rendelkezésre kell, hogy álljon olyan mennyiségű fa, mellyel a fűtési csúcsigény kielégíthető. A már felaprított fa halmazsűrűsége jóval kevesebb, mint a tűzifáé, 250 kg/m3-nek vehető [41]. 𝑄̇ 𝐶𝑆 ∙3600

̇ = 𝑉𝑓𝑎 ̇ ahol: 𝑉𝑓𝑎

𝑠 ℎ

𝜂𝑡ℎ

𝐿𝑓,á ∙𝜌𝑎

=

1,37∙3600 0,74

15,4∙250

= 1,73

𝑚3 ℎ

a fa szükséges térfogatárama [m3/h]

𝑄̇𝐶𝑆

a maximális hőigény fűtési időszakban vagy azon kívül [MW]

𝜌𝑎

a faapríték átlagos halmazsűrűsége [kg/ m3]

35

(21)

A fa szükséges maximális térfogatárama 1,73 m3/h-ra adódott, 74%-os hőtermelési hatásfokkal, és 15,4 MJ/kg fűtőértékkel számolva. Ez tömegáramban 433 kg/h-t jelent. Fűtési időszakon kívül ezek az értékek 0,23 m3/h, illetve 58 kg/h. Ez alapján egy 300 m3 kapacitású tároló beépítésével a napi 24 órás csúcsigények számára is több mint egy héten keresztül biztosítható a tüzelőanyag. Ez összhangban van a 44/2002. (XII. 28.) GKM rendelettel is, mely az 50 MW és annál nagyobb teljesítményű fosszilis tüzelőanyagú erőművek számára 8 napi átlagos termeléshez szükséges energiahordozó készletezését írja elő.

5.4. SWOT analízis A rendszer alkalmazásával és megvalósíthatóságával kapcsolatban felmerülő főbb gondolatokat egy SWOT elemzéssel lehet legszemléletesebben és legátfogóbban összegezni. E célból összegyűjtöttem egy esetlegesen megvalósuló projekt legfontosabb előnyeit, hátrányait, veszélyeit és lehetőségeit.

5.4.1. Erősségek A technológia legfontosabb erőssége, hogy a lakosság némileg függetlenedni tud az országos energiaszolgáltatóktól. Egy, a régiót érintő jelentősebb probléma a villamosenergia-ellátásban nem okoz akkora gondot a faluban az áramtermelésnek köszönhetően, valamint a földgázárak változása sem befolyásolja a hőszolgáltatás díját. Az ilyen rendszerek a környezet állapotát javítják azáltal, hogy központosított, magas minőségű égetés történik egyéni hőtermelés helyett. A Stirling motoroknál ez különösen igaz, ezáltal tovább csökken a károsanyag kibocsátás. Emellett nem szabad elfelejtenünk azt a tényt sem, hogy a biomassza tüzelés jogilag CO2 semleges felhasználásnak tekinthető, ami miatt további előnyt élvez a hasznosítása a fosszilis energiahordozókkal szemben. A fát, mint tüzelőanyagot többféle formában is lehet energiatermelésre használni, a faapríték azonban különösen olcsó megoldásnak számít. Az energiatartalomra vetített ára kevesebb, mint a fele a földgázénak, vagy akár a keményfa brikettének. A tüzelőanyag kedvező ára tehát mindenképpen hozzájárul a rendszer versenyképességéhez. Az erősségek közé tartozik továbbá, hogy a többlet termelt áramot a falu el tudja adni az országos hálózatnak, ami bevételt jelent és tovább csökkenti az energiaköltségeket.

5.4.2. Gyengeségek A rendszer gyenge pontja a magas beruházási költsége, melynek két összetevője is van. Az első maga a Stirling motor, ami még nem egy elterjedt és kiforrott technológia. Jelenleg 36

1-2 kWe-nál nagyobb méretben kevés gyártó van a piacon, kevés tapasztalattal, ami megdrágítja a beszerzést. A másik rész abból adódik, hogy a távhőrendszerekhez képest kicsi a falu hőigénye, azaz nem feltétlenül méretgazdaságos a rendszer. Ezt jelentősen kompenzálja a kapcsolt energiatermelés ténye, valamint a felhasználói kör bővítése kedvezőbb megtérülési lehetőségekkel szolgál. Gyengeségnek tekinthető továbbá, hogy bár a megtermelt villamos energia kielégítené a falu igényeit, mégis csúcsigények esetén hálózati energiaellátásra van szükség. Ugyan a rendszernek nem ez a célja, mégis sokkal nagyobb önállóságot teremtene a falunak. A rendszer e célból kiegészíthető egy villamos energiatároló rendszerrel, ami azonban tovább növelné a beruházási költséget és nem lenne kifizetődő.

5.4.3. Lehetőségek Az alkalmazott technológiában rejlő egyik legjelentősebb lehetőség, hogy másfajta biomassza elégetésével is tud üzemelni, ezáltal más típusú, például jellemzően mezőgazdasági régiókban is alkalmazható. Az ott található, mezőgazdaságból származó melléktermékek tüzelése során azonban kiemelt fontosságú az égőtér maximális hőmérséklete, hiszen a keletkező hamu olvadáspontja ezen anyagok esetében sokszor jóval alacsonyabb, mint fatüzelés esetén. A lehetőségek közé tartozik továbbá, hogy a berendezés egy megfelelően kialakított tüzelőtérrel biogáz elégetésére is alkalmas lehet, ha nem áll rendelkezésre megfelelő mennyiségű fa. Így olyan biomassza alapanyagok is szóba jöhetnek, mint potenciális tüzelőanyag, melyeknek nagy a nedvességtartalma. Ilyenek például a szennyvíziszap vagy a cukorrépa szeletek, melyekből jelentős mennyiségű biogáz állítható elő a motor számára. A kisméretű távhőrendszer számára a bővítés mindenképpen potenciális lehetőségként jelenik meg. A szolgáltatás fajlagos költsége annál kisebb, minél többen veszik azt igénybe. További fogyasztók bevonása tehát kedvezően hatna az egész rendszerre. Ilyen fogyasztók lehetnek például a vallási- és közintézmények, önkormányzati épületek, esetleg ipari területek a közelben. A negyedik lehetőséget egy megvalósuló projekt számára az állami támogatások jelenthetik. Ezek érinthetik a beruházást, a tüzelőanyag beszerzését vagy megtermelését és a megtermelt áram átvételét is. A téma összhangban van a kormány által 2012-ben kiadott Nemzeti Energiastratégia 2030 című dokumentum célkitűzéseivel, mely szerint: „A távhőrendszerek kiemelten fontos szereplői lesznek a hőellátás megújulásának azzal, hogy szinte bármilyen 37

hőforrásból termelt hőt be tudnak fogadni, és el tudnak juttatni a végfelhasználókhoz.” Ezen kívül a hőenergia ellátás fenntartható lesz, ha nő a megújuló energiaforrások aránya, illetve ha a biomassza hasznosítása szigorú fenntarthatósági kritériumok szerint történik [42].

5.4.4. Veszélyek Egy ilyen projektnél mindenképpen veszélyt jelent a helyi lakosság viszonyulása a technológiához és alapjában véve az újításhoz. Az emberek hozzájárulása elengedhetetlen a megvalósuláshoz, ami megfelelő kommunikációval pozitívan befolyásolható. A rendszernek minél több fogyasztóra van szüksége, azonban a falvakból történő elvándorlás és azok elnéptelenedése komoly veszélyt jelent. Ezt a folyamatot lassíthatja vagy akár meg is fordíthatja egy jól működő, innovatív energiaszolgáltatás, melynek összetartó ereje van és az emberek magukénak érzik. A következő veszélyt az alkalmazni kívánt Stirling motorok jelentik, ugyanis elképzelhető, hogy a közeljövőben a motorok fejlesztése más irányba halad, például a napenergia hasznosítás felé, és ezáltal a szilárd biomassza tüzelésű berendezések kiszorulnak a piacról. Amennyiben ez a helyzet állna fenn, úgy újra kell gondolni a felhasználni kívánt energiaforrásokat és a bennük rejlő potenciált, viszont ez a technológia más hőforrás esetén is számos lehetőséget tartogat. Az elemzés összefoglalását és főbb pontjait a 10. ábra egy SWOT mátrix formájában szemlélteti. A különböző tényezők fontosságából és egymáshoz viszonyított arányából arra lehet következtetni, hogy ez a technológia versenyképes lehet a jövőben, más megoldások mellett, az energiastratégia átalakítása és korszerűsítése során, nemcsak itthon, hanem világviszonylatban is.

38

Gyengeségek

Erősségek    

Kevésbé függ a falu az országos energiaszolgáltatóktól Alacsony károsanyag kibocsátás, környezet állapotának javulása Olcsó üzemanyag Többlet termelt villamos energia eladható



Drága berendezések



A távhőrendszerekhez képest viszonylag kis hőigény



A termelés nem az elektromos igényekhez igazodik

Veszélyek

Lehetőségek 

Mezőgazdasági régiókban is üzemképes



Szükséges a helyi lakosság támogatása



Kombinálható biogáz előállítással



Elvándorlás a faluból



Intézmények, gyárak bevonása a távhőellátásba



Ezek a típusú Stirling motorok kiszorulnak a piacról



Állami támogatások igénylése

10. ábra. SWOT mátrix

39

6. Összefoglalás A dolgozatban a Stirling motorok magyarországi alkalmazhatóságát vizsgáltam meg egy kisméretű kapcsolt energiatermelő rendszeren keresztül. Ehhez felmértem egy hazai kistelepülés hő és villamosenergia-igényeit, majd összegyűjtöttem a környező területeken energiatermelésre használható, hulladék jellegű faanyagban rejlő potenciált. Azt tapasztaltam, hogy az ezekben elraktározott energia bőségesen kielégíti a falu energiaigényeit, ezért alapvetően megvalósítható a rendszer. Ezt támasztja alá a SWOT analízis is, ugyanis a gyengeségek és a felmerülő veszélyek erősségekké és lehetőségekké formálhatók, valamint az erősségek megfelelően kiegészíthetők a lehetőségekkel. A tényleges megtérülés vizsgálatához a rendszer pontosabb tervezése és gazdasági számítások szükségesek, azonban ennek a dolgozatnak nem ez volt a célja, hanem egy működési koncepció felállítása és a megvalósíthatóság vizsgálata. A dolgozat továbbá rávilágított arra, hogy mekkora lehetőségek vannak a biomasszában, mint megújuló energiaforrásban Magyarországon, és hogy a jövőben érdemes minél nagyobb részt kiváltani ezekkel a CO2-semleges forrásokkal a hazai energiamixből.

40

7. Irodalomjegyzék [1]

Markó L: Meddig tartanak ki a Föld kőolajkészletei?, Természet Világa 2010, 141:247250

[2]

Kovács F, Tompa R: Szénkészletek, az egyes országok ellátottsága, Bányászati, Kohászati és Földtani Konferencia, Beszterce, 2013. ápr. 4-7.

[3]

ksh.hu. A világ népessége kontinensek szerint, 1950-2100, https://www.ksh.hu/interaktiv/grafikonok/vilag_nepessege.html (elérés: 2016.09.28.)

[4]

Takács-Sánta A: A globális éghajlatváltozás, Védegylet, 2007, Budapest

[5]

Feiler J, Ürge-Vorsatz D: Hosszú távú (2050) kibocsátás csökkentési célok Magyarország vonatkozásában, 2010

[6]

Bartholy J, Breuer H, Pieczka I, Pongrácz R, Radics K: Megújuló energiaforrások, 2013

[7]

Jacobs J: Németország, megújuló energiák rendszerirányítói szemmel, ftp://ftp.energia.bme.hu/pub/Energetika%20a%20mindennapokban/2014-1501/15/N%C3%A9met%20meg%C3%BAjul%C3%B3k.pdf (elérés: 2016.09.29.)

[8]

Ősz J: Energetika, EFO Kiadó és Nyomda Kft., 2014, Százhalombatta

[9]

Dong l, Liu H, Riffat S: Development of small-scale and micro-scale biomass-fuelled CHP systems –A literature review, Applied Thermal Engineering 2009, 29:2119–2126

[10] Hafez A Z, Soliman A, El-Metwally K A, Ismail I M: Solar parabolic dish Stirling engine system design, simulation, and thermal analysis, Energy Conversion and Management 2016, 126:60–75 [11] Ulloa C, Porterio J, Eguía P, Pousada-Carballo J M: Application Model for a Stirling Engine Micro-Generation System in Caravans in Different European Locations, Energies2003, 6:717-732 [12] wikipedia.org. Applications of the Stirling engine, https://en.wikipedia.org/wiki/Applications_of_the_Stirling_engine#Stirling_cryocoolers (elérés: 2016.10.06.) [13] wikipedia.org. Stirling engine, https://en.wikipedia.org/wiki/Stirling_engine (elérés: 2016.10.06.) [14] robertstirlingengine.com. The operating principles of Stirling engine, http://www.robertstirlingengine.com/principles.php (elérés: 2016.09.29.) [15] Höröpöly I, Kurutz K: Különleges autómotorok, Műszaki Könyvkiadó, 1981, Budapest [16] García D, González MA, Prieto JI, Herrero S, López S, Mesonero I, Villasante C: Characterization of the power and efficiency of Stirling engine subsystems, Applied Energy 2014, 121:51–63 [17] Cardozo E, Erlich C, Malmquist A, Alejo L: Integration of a wood pellet burner and a Stirling engine to produce residential heat and power, Applied Thermal Engineering 2014, 73:671-680 41

[18] Kuosa, Kaikko, Koskelainen: The impact of heat exchanger fouling on the optimum operation and maintenance of the Stirling engine, Applied Thermal Engineering 2007, 27:1671–1676 [19] Szemmelveisz T, Koós T: Biomassza adatbázis, http://docplayer.hu/5073706-Biogazadatbazis-biomassza-adatbazis-szennyviziszap-adatbazis.html (elérés: 2016.10.10.) [20] Marinitsch G, Biedermann F, Carlsen H, Bovin JK, Schöch M, Obernberger I: Development of a hot gas heat exchanger and a cleaningsystem for a 35kWel hermetic four cylinder Stirling engine for solid biomass fuels, http://www.bios-bioenergy.at (elérés: 2016.07.19) [21] Gróf Gy: Micro-CHP technologies and potentials, HEEP 2015, Pécs, 27-29 May 2015 [22] Alanne K, Saari A: Sustainable small-scale CHP technologies for buildings: the basis for multi-perspective decision-making, Renewable and Sustainable Energy Reviews 2004, 8:401-431 [23] Murugan S, Horák B: A review of micro combined heat and power systems for residential applications, Renewableand Sustainable Energy Reviews 2016, 64:144–162 [24] Widmann C, Lödige D, Toradmal A, Thomas B: Enabling CHP units for electricity production on demand by smart management of the thermal energy storage, Applied Thermal Engineering 2016, In Press [25] telir.hu. Települési adatgyűjtő, https://www.teir.hu/rqdist/main?rq_app=teldata (elérés: 2016.07.21.) [26] Vajda Gy, Kassai L, Lakatos I, Pári A, Valentovics É, Varga É: Területi statisztikai évkönyv, 2013, KSH, Budapest, 2014 [27] tibo.hu. Szükséges fűtőteljesítmény, http://www.tibo.hu/hogyan-valasszunkfutokeszuleket (elérés: 2016.07.28.) [28] Egri I, Gyurcsovics L, Magyar Z, Szikra Cs, Viczai J: Komplex tervezési segédlet, http://www.egt.bme.hu/w_oktatas/komplex/pdf/KTS.pdf (elérés:2016.07.21.) [29] Zsebik A: Vezetékes energiaellátás, 2004, Budapest [30] Szikra Cs: Használati melegvíz ellátó rendszerek, http://eptan.fmk.nyme.hu/eptan/oktadat/Entries/2011/9/15_Epuletgepeszet_2._files/10.p df, (elérés: 2016.08.15.) [31] Molnár S: A bruttó-nettó fakitermelés és az apadék változása az elmúlt 20 évben, FATÁJ-Online, 2013.03.07. http://www.fataj.hu/2013/03/071/201303071_brutto-nettofakitermeles-es-az-apadek.php (elérés: 2016.07.25.) [32] Ádám B: Energiaellátás, alternatív energiaforrások hasznosítása, Digitális Tankönyvtár, 2011, http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop412A/20100019_Energiaellatas_alternativ_energiaforrasok_hasznositasa/ch07s05.html (elérés: 2016.07.29.)

42

[33] Bíró B: Biomassza hasznosítás. Digitális Tankönyvtár, 2012. http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop412A/20100017_11_biomassza/index.html (elérés: 2016.07.29.) [34] Damirchi H, Najafi G, Alizadehnia S, Ghobadian B, Yusaf T, Mamat R: Design, Fabrication and Evaluation of Gamma-Type Stirling Engine to Produce Electricity from Biomass for the micro-CHP system, Energy Procedia 2015, 75:137–143 [35] Pintér G, Németh K, Kis-Simon T: A szőlővenyige és a fanyesedék biomassza-erőművi beszállításának elemzése, Gazdálkodás 2009, 53:357-363 [36] Andor K [et al.]: Faépítés, http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tkt/faepitesfaepites/adatok.html (elérés: 2016.09.11.) [37] ida.dk. Stirling DK Introduction, 2012, https://ida.dk/sites/prod.ida.dk/files/Stirling%20DK%20Commercial%20Update%20ver %204%20.pdf (elérés: 2016.10.13.) [38] Biedermann F., Carlsen H., Obernberger I., Schöch M: Small-scale CHP Plant based on 75 kWel Hermetic Eight Cylinder Stirling Engine for Biomass Fuels – Development, Technology and Operating Experiences, 2nd World Conference and Exhibition on Biomass for Energy, Industry and Climate Protection, May 2004, Rome, Italy, ISBN 88-89407-04-2, pp.1722-1725, ETA-Florence (Ed.) [39] Meybodi M A, Behnia M: Australian coal mine methane emissions mitigation potential using a Stirling engine-based CHP system, Energy Policy 2013, 62:10–18 [40] Zsuffa L: Biomasszán alapuló falufűtés Pornóapátiban, http://www.vgfszaklap.hu/lapszamok/2006/marcius/biomassz%C3%A1nalapul%C3%B3-faluf%C5%B1t%C3%A9s-porn%C3%B3ap%C3%A1tiban, (elérés: 2016.10.20.) [41] Páger Sz: Biomassza kazánok tervezési feladatai, feltételei, http://www.megsz.hu/megsz/images/stories/pdf/meguj2012/HERZ.pdf, (elérés:2016.10.23) [42] Nemzeti Fejlesztési Minisztérium: Nemzeti energiastratégia 2030, http://20102014.kormany.hu/download/4/f8/70000/Nemzeti%20Energiastrat%C3%A9gia%202030 %20teljes%20v%C3%A1ltozat.pdf (elérés: 2016.10.23.)

43