Biomassza hasznosítás Esettanulmányok is…
Fogalmak • Állati hulladék • Élelmiszerhulladék: emberi fogyasztásra szánt, hulladékká vált élelmiszerek, melyek éttermekben, feldolgozó üzemeken, konyhákban, az állattartó személy háztartásában keletkeznek • Konyhai ételhulladék
Új EU-direktíva az állati hulladékokra 1774/2002. • Egységes szerkezet, több irányelv megszőnik • Átfogja a kezelés minden változatát • Nyomatékos figyelem az élelmiszer hulladékokra • Szigorúbb a jelenleg szabályozásoknál • Zártterő, pasztırözı komposztálás
Az élelmiszerhulladékok kezelésének lehetıségei • • • • •
Kedvenc állateledel Hıkezelés - trágyázás Hıkezelés - komposztálás, biogáz-termelés - trágyázás Égetés (közvetlen, közvetett) Elföldelés (?)
A hulladékkezelés technológiai folyamatábra
Biomassza, mint hulladék… • Kármentesítés, azaz – veszélyhelyzet és – légszennyezés megszüntetése
• olyan módszerrel, hogy a térségében élık – életminısége és – életszínvonala
• javuljon.
Fermentációs technológia • A vizsgált technológia – „Földgáz” hasznosítása gázturbinával – Biomassza jellegő hulladékok, melléktermékek hasznosítása biogáz elıállításával, gázmotorokkal
Fermentációs technológia • Eredmények – A „földgáz” hasznosítása gázturbinával megvalósítható. – A kommunális szennyvíziszap hasznosítása nem reális. – Többi biomassza hulladék rendelkezésre állása pontosítandó, óvatosan kezelendı. – Olyan eljárás szükséges, amely a térségben termeszthetı, vagy a gazdálkodásban keletkezı biomasszával kombináltan történik.
Továbblépés • Kármentesítés – Nyersgáz, dúsítás és kénmentesítés nélkül (CO2 80 mol%, H2S 4000 mg/Nm3), – Elıdúsított gáz (CO2 33 mol%, H2S 1600 mg/Nm3), – 750 000 GJ főtıérték évente.
• Biomassza – – – – – –
Melléktermékek (hígtrágya, szalma, kukoricaszár…), Élelmezési és takarmány növények (repce, silókukorica,...) Szántóföldi energetikai növények (energiafő,…) Energiaültetvények (akác, nyár,…) Erdıgazdálkodási biomassza (fahulladék,…), 1 000 000 GJ főtıérték évente.
Lehetséges biomassza forrás Alapanyag
Hozam
Fajlagos energiaérték
t/ha
GJ/t
GJ/ha
Akác
48
13
624
Nyár
50
12
600
Főz
60
11
660
Silókukorica
22
4,1
90
Rostkender
16
13,5
216
Repce (észter)
1,8
14,8
27
Burgonya
17,4
2,3
40
Cukorrépa
39,5
1,7
67
Csicsóka
50
1,8
90
Cukorcirok
28
2,4
67
Energiafő
16
15
240
Kínai nád
16
13
208
Hígtrágya
0
0,2
0
Szalma
2
13,5
27
0,6
14,8
9
Venyige
1.változat: Gızkazán + fásszárú biomassza
Gipsz-tartalmú ágyanyag Magas H2S és inertgáz-tartalmú földgáz Szikkasztott növénytermesztési és Fluidizációs állattenyésztési melléktermékek tüzeléső kazán Fás szárú termesztett biomassza hıforrású gızkörfolyamat
Mészkı
Villamosenergia
1.változat: Gızkazán + fásszárú biomassza Áramok
Mennyiség
Főtıérték
Tüzelıhı-teljesítmény
Nagy inerttartalmú földgáz
100 000 000 m3/év
7,5 MJ/m3
29,76 MWt
Növénytermesztési és állattenyésztési melléktermékek
31 545 t/év
8 MJ/kg
10 MWt
Fásszárú termesztett biomassza
70 000 t/év
10 MJ/kg
27,7 MWt
-
-
67,46 MWt
5 218 t/év
-
-
ηKE=28,43%
PKE=19,4 MWe
-
-
Gızkazán Gızkazán mészkı igénye Gızerımő villamos teljesítménye, hatásfoka Kiadható villamos energia
136,059 GWh/év
2.változat Fermentáció + gızkazán (silókukorica) Gipsz-tartalmú ágyanyag Magas H2S és inertgáz-tartalmú földgáz Fahulladék, főféleségek Fluidizációs Víztelenített kirothasztott iszap tüzeléső kazán hıforrású Biogáz gızkörfolyamat
Egyéb fermentálható szerves melléktermék Termesztett lágyszárú biomassza Állattenyésztési melléktermékek
Mészkı
Fermentációs technológia
Villamosenergia
2.változat Fermentáció + gızkazán (silókukorica) Áramok
Mennyiség
Főtıérték
Tüzelıhı-teljesítmény
100 000 000 m3/év
7,5 MJ/m3
29,76 MWt
Fahulladék, főféleségek
15 375 t/év
10 MJ/kg
6,1 MWt
Víztelenített kirothasztott iszap
75 580 t/év
3 MJ/kg
8,99 MWt
8 739 000 Nm3/év
23 MJ/m3
7,98 MWt
Egyéb fermentálható szerves melléktermék (kukorica, répa)
9 283 t/év
-
-
Termesztett lágyszárú biomassza (silókukorica)
44 000 t/év
-
-
Állattenyésztési melléktermékek
16 170 t/év
-
-
-
-
52,83 MWt
10 770 t/év
-
-
ηE=27,81 %
PE=14,7 MWe
-
-
Nagy inert-tartalmú földgáz
Biogáz
Gızkazán Gızkazán mészkı igénye Gızerımő villamos telj., hatásfoka Kiadható villamos energia
104,531 GWh/év
3.változat Fermentáció + gızkazán (csicsóka) Gipsz-tartalmú ágyanyag Magas H2S és inertgáz-tartalmú földgáz Fahulladék, főféleségek Fás szárú termesztett biomassza Víztelenített kirothasztott iszap Biogáz
Egyéb fermentálható szerves melléktermék Termesztett lágyszárú biomassza Állattenyésztési melléktermékek
Fluidizációs tüzeléső kazán hıforrású gızkörfolyamat
Mészkı
Fermentációs technológia
Villamosenergia
3.változat Fermentáció + gızkazán (csicsóka) Áramok
Mennyiség
Főtıérték
Tüzelıhı-teljesítmény
100 000 000 m3/év
7,5 MJ/m3
29,76 MWt
Fahulladék, főféleségek
15 375 t/év
10 MJ/kg
6,1 MWt
Fás szárú termesztett biomassza (csicsóka szár)
20 000 t/év
10 MJ/kg
7,94 MWt
Víztelenített kirothasztott iszap
90 780 t/év
3 MJ/kg
10,81 MWt
10 500 000 m3/év
23 MJ/m3
9,58 MWt
Egyéb fermentálható szerves melléktermék (kukorica, répa)
9 283 t/év
-
-
Termesztett lágyszárú biomassza (csicsóka gumó)
60 000 t/év
-
-
Állattenyésztési melléktermékek
16 170 t/év
-
-
-
-
64,19 MWt
11 596 t/év
-
-
ηKE=28,31%
PKE=18,2 MWe
-
-
Nagy inert-tartalmú földgáz
Biogáz
Gızkazán Fluidizációs tüzeléső kazán mészkı igénye Gızerımő villamos telj., hatásfoka Kiadható villamos energia
134,834 GWh/év
4.változat Fermentáció + (elıdúsított gáz) gázturbina (cukorrépa)
Hı Elıdúsított földgáz
Gızkörfolyamat
Gázturbina Biogáz Egyéb fermentálható szerves melléktermék Termesztett lágyszárú biomassza (cukorrépa) Állattenyésztési melléktermékek
Fermentációs technológia
Víztelenített kirothasztott iszap
Villamosenergia
Villamosenergia
4.változat Fermentáció + (elıdúsított gáz) gázturbina (cukorrépa) Áramok
Mennyiség
Főtıérték
Tüzelıhı-teljesítmény
Elıdúsított földgáz
27 700 000 m3/év
19,4 MJ/m3
21,33 MWt
Biogáz
12 580 000 m3/év
23 MJ/m3
11,49 MWt
Egyéb fermentálható szerves melléktermék (kukorica, répa)
9 283 t/év
-
-
Termesztett lágyszárú biomassza (cukorrépa)
79 000 t/év
-
-
Állattenyésztési melléktermékek
16 170 t/év
-
-
40 280 000 m3/év
12,34 MJ/m3
32,82 MWt
ηG/G=44,17 %
PG/G=14,49 MWe
-
-
Gázturbina Gáz-gız erımő villamos teljesítménye, hatásfoka Kiadható villamosenergia
101,416 GWh/év
Változatok gazdasági értékelése A villamos energia egységköltsége, átlagára, fajlagos nyeresége 30 25 20
ka kü k áE áE-k
Ft/kWh
15 10 5 0 gızerımő1 -5 -10
gızerımő2
gızerımő3
gáz-gız erımő
Döntés: 1. változat Elızetes vizsgálatok eredménye: A fermentációs technológiához képest kedvezıbb a hagyományos, égetéses kármentesítés és biomassza hasznosítás
Javasolt megoldás: • Fásszárú biomassza tüzeléső gızkazán • Kondenzációs gızturbina
Következtetések • A termesztett növények egységnyi területre vonatkozó legnagyobb tüzelıhı-hozama – nemesnyár (130-350 GJ/ha), – főz (350 GJ/ha), – energiafő (240 GJ/ha).
• Inertgáz (40 %) + szilárd biomassza (60 %) tüzelıanyag, fluidizációs gızkazán, kondenzációs gızturbina állami támogatás nélkül is gazdaságos. • A kombinált kiserımő gazdaságosságát az inertgáz alacsony ára, a kötelezı átvételő villamos energia (2008-tól környezetkármentesítı erımő is?) teremti meg, tisztes nyereséget biztosítva a termelıknek.
Tüzelıanyagok • Nagy inertgáz-tartalmú földgáz: – 100 millió Nm3/év
Qü=750.000 GJ/év
• Szilárd biomassza: – mezıgazd. hulladék: – egyéb hulladék: – termesztett en.növ.:
Qü= 171.000 GJ/év, Qü= 25.000 GJ/év, Qü= 937.000 GJ/év,
Biomassza összesen:
Qü=1.133.000GJ/év.
Biomassza tüzelıanyagok Gazdálkodási hulladék: • gabona szalma, • kukorica, • lomb, • fa, • gyógynövény, • erdészeti hulladék, • fő.
Biomassza tüzelıanyagok - hulladék terület, ha
tömeg, kg/év
égetésre alkalmas tömeg, t/év átvett adat
óvatos becslés
További igény, t/év
főtıérté k, GJ/t
tüzelıhı, GJ
MEZİGAZDASÁGI HULLADÉK Széna
11
0
Gabona szalma
143
1 832 000
1 832
1 374
0
13,5
18 549
Kukorica
126
9 145 000
9 145
5 487
0
12
65 844
Répa
0
3 000
Lomb
0
4 950 000
4 950
4 950
0
10
49 500
Fa
0
595 000
595
595
2 500
12
37 140
3 000
3
3
10
30
MEZİGAZDASÁGI IPARI HULLADÉK Gyógyfüvek
0
EGYÉB HULLADÉK Erdészeti hulladék
0
700 000
700
700
1 300
12
24 000
Fő
0
100 000
100
100
0
10
1 000
MINDÖSSZES EN
415
41 384 500
25 115
13 209
3 800
196 063
Biomassza tüzelıanyagok - termesztett Termesztett biomassza - kalkulált termesztés : hozam, égetésre főtıérté tüzelıh terület, t/ha/é alkalmas k ı, ha v tömeg, t/év GJ/t GJ nyár
1200
25
30 000
12
360 000
főz
900
35
31 500
11
346 500
energiafő
1200
16
19 200
12
230 400
összesen
3300
80 700
936 900
Biomassza tüzelıanyagok Nemesnyárak (Populus Cv. Sp.) telepítési lehetıségét elsısorban vízigénye korlátozza az ültetvények várható élettartama 20-25 év a telepítésrıl 3-4 évente lehet a hozamot letermelni
Biomassza tüzelıanyagok Energiafő a tenyészidıben 3 kaszálást igényel főtıértéke eléri, illetve meghaladja a nyár-, a főz-, az akácfáét és a hazai barnaszenekét
Ütemezés – biomassza GJ
jan
febr
márc
nyár
360000
főz
346500
energiafő
230400
ápr
máj
jún
júl
aug
szept
okt
nov
dec
90000
72000
18000
90000
90000
86625
69300
17325
86625
86625
TERMESZTETT
6912 0 69120
46080
46080
32922
32922
HULLADÉK Gabona szalma
18 549
Kukorica
65 844
Lomb
49 500
Fa
37 140
Gyógyfüvek Erdészeti hull. Fő
9275
9275
24750 6190
6190
6190
6190
6190
24750
6190
30
30
24 000
4000
4000
4000
1 000
4000 250
250
4000
4000
250
250
5 84835
79252
107782
205375
176625
0
113296
113296
174569
150131
TMK Beszállított, GJ
17662 5
141300
45515
10190
10190
10440
Felhasznált, GJ
11329 6
113296
113296
0
75531
78840
Betárolt, GJ
63329
28004
-67781
10190
-65341
-68400
0
84835
-34044
-5514
30806
26494
Készlet, GJ
16332 9
191332
123551
133741
68400
0
0
84835
50790
45276
76082
102576
100000
8483 8483 5
Ütemezés – teljes 250000
inertes biomassza
200000
GJ
150000 100000 50000 0 1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12
Biomassza logisztika betakarítás
Erımő technológia - kapcsolás Fluidized Bed Boiler S24 S20 S23
TMX1 S19 SPHT1
S22
18691
70.00 P T 500.02
Pe, kW
19.76W H3411.3 S18
S17
Live steam
DRUM1
S16
ST1 GEN1
Air
S25
S21
ECON1
S26
Flue gas
0.12 P T 49.42 S1
15.73 W H 2356.3 S39
S35 C1
Inert gas
S38 S28
S34 S33
S37
S12
S27
S13
CND1
S36
S9
1.51 P T 186.42
SP1
PUMP4
S30
HX1
35.84 W H 180.97
S29
S14
FLB1
Air cooler
V2
AC1
S31
59736 S7
Q1, kW
S2
S15
S11
DUCT1 SP2 PUMP1
MODEL:
GELLH1
CASE:
GH01
3.00 P T 146.74
80.00 P T 167.09 19.76W H 710.57
2.47W H2754.1
PUMP3
S3
S6
POWER:
S8
V1
16.74
HR:
12848.8
EFF:
28.02
S10
S32
PUMP2
MU1 S4
FWH1 DA1
S5
Make-up water
Erımő technológia - emisszió légszennyezı anyag
Várható maximális kibocsátás
Fluidizációs tüzelésre érvényes határérték
más tüzelı Berendezésekre érvényes határérték
Barnaszén tüzelésére érvényes határérték
por
25
150
150
150
CO
215
250
250
250
NOx (NO2-ben kifejezve)
200
200
650
650
SOx (SO2-ben kifejezve)
10
1000
1000
3000
elégetlen szerves (C-ben kifejezve)
40
50
50
50
