7.5.2015
Bionafta
Bionafta
z řepkového semene se lisuje olej působením katalyzátoru a vysoké teploty se mění na metylester řepkového oleje = bionafta první generace mísí se s některými lehkými ropnými produkty, nebo s lineárními alfa-olefiny, aby jeho cena mohla konkurovat běžné motorové naftě = bionafta druhé generace (musí obsahovat alespoň 30 % MEŘO) od 1.9. 2007 se u nás do motorové nafty přimíchává 2% metylesteru mastných kyselin od roku 2010 má povinný podíl bioložky v motorových palivech v zemích EU činit 5,75 % z celkové spotřeby benzínu a motorové nafty
1
Bioetanol
Bioetanol
vzniká fermentací roztoků cukrů hodnými materiály jsou
2
cukrová řepa, obilí, kukuřice, ovoce nebo brambory cukry mohou být vyrobeny i ze zeleniny nebo celulózy
teoreticky lze z 1 kg cukru získat 0,65 l čistého etanolu, praxi je energetická výtěžnost 90 až 95 %. fermentace cukrů může probíhat pouze ve vodním prostředí vzniklý alkohol je nakonec oddělen destilací
3
Bioetanol
Bioetanol Biopaliva druhé generace výzkum výroby etanolu z celulózy pomocí speciálně vyšlechtěných mikroorganismů etanol lze pak získat i ze dřeva, slámy nebo sena výroba je energeticky náročná.
bioetanol je vysoce hodnotným kapalným palivem pro spalovací motory přednostmi jsou
ekologická čistota antidetonační vlastnosti
nedostatkem je schopnost vázat vodu – nutno řešit přidáním antikorozních přípravků pro ochranu motorů
čistý bioletanol se prodává pod označením E85 a používá do speciálně upravených spalovacích motorů od 1. ledna 2008 se v ČR do automobilového benzínu povinně přimíchává 2 % bioetanolu
4
5
6
1
7.5.2015
Bioplyn
Bioplyn
Vznik bioplynu anaerobní methanová fermentace organických materiálů – methanizace – je souborem procesů při nichž směsná kultura mikroorganismů postupně rozkládá biologicky rozložitelnou organickou hmotu proces methanizace má 4 fáze:
Rozdělení bioplynových stanic zemědělské
hydrolýza acidogeneze acetogeneze methanogeneze
čistírny odpadních vod
skládkové
průmyslové
tento proces se vyskytuje běžně v přírodě – energeticky nevyužitelný cílená výroba bioplynu – řízené fermentační procesy pro energetické využití
cíleně pěstované plodiny travní porosty odpady ze živočišné výroby
čistírenské kaly jímání plynu ze skládek tuhého komunálního odpadu jateční odpady odpady z potravinářských výrob
7
Bioplyn
8
Bioplyn
9
Bioplyn
10
Bioplyn
Součinnost zemědělství a bioplynové stanice
Hlavní části bioplynové stanice
11
12
2
7.5.2015
Bioplyn
Bioplyn
Hmotová a energetická bilance
13
14
Bioplyn
Bioplyn
15
16
Bioplyn
Bioplyn Čistička odpadních vod
17
3
7.5.2015
Produkce bioplynu
Energocentrum a kotelna
Vyhnívací nádrže s plynojemem
Potřeba tepla a produkce v KJ
Kogenerační jednotky
Vzorek kalu odebraného v ÚČOV Praha SUŠENÝ KAL sušina při 105 C popel vlhkost (voda)
% % hm. suš. %
95
5
48,50 4,7
5
Nízká výhřevnost mokrého kalu
ODVODNĚNÝ KAL 34
5
55,05 66
5
výhřevnost
MJ/kg suš.
11,88
11,67
spalné teplo
MJ/kg
11,82
4,15
4
7.5.2015
Získávání skládkového plynu
DKVET na bázi spalování biomasy DKVET = decentralizovaná kombinovaná výroba elektřiny a tepla lze řešit
DKVET na bázi motoru s vnějším přívodem tepla
Princip činnosti Stirlingova motoru
Nezanedbatelný potenciál pro rozšíření KVET může být získán z mikrocentrál pro KVET v rodinných domech s tepelnými příkony od 5 do 50 kWt. Vhodnou jednotkou v tomto výkonovém segmentu může být motor s vnějším přívodem tepla - Stirlingův motor (StM). Tento motor pracuje v uzavřeném pracovním cyklu s přívodem a odvodem tepla přibližně při konstantní teplotě. přívod a odvod tepla v motoru přes teplosměnnou plochu, vede k výhodám:
velká variabilita v používaných palivech, včetně možnosti využít paliva, které se dosud nepodařilo ve SM úspěšně využít, např. plyn vznikající zplyněním biomateriálů, StM může využívat i jiné zdroje energie (sluneční, geotermální, ...), lze očekávat účinnost vyšší než u klasických SM, podstatně menší úroveň škodlivin, hluku a vibrací, nenáročná údržba a očekávatelná dlouhodobá provozní spolehlivost.
demonstrační projekt jednotky Sigma PCP o elektrickém výkonu 3 kWe, tepelném výkonu 9 kWt, s modulem teplárenské výroby elektřiny e = 0,33 a celkovou účinností ηc = 0,95 (při vztažení na horní výhřevnost paliva). Hrubé ekonomické ukazatele:
Investiční náklady na jednotku 2800 GBP (933 GBP/kWe). Investiční náklady na srovnatelnou plynovou kotelnu jsou 1200 GBP. Zvýšená investice ve výši 1600 GBP se vrátí za 4 roky.
Stirlingovým moterem – výkon jednotky až desítky kW zařízením na bázi ORC – výkon 100 až 2000 kW kogenerací s parní turbínou – od výkonu 500 (1500) kW
Teoretickým základem je válec, který obsahuje dva protilehlé písty a regenerátor mezi nimi.
Na počátku cyklu je
regenerátorem se myslí určitá „termodynamická houba", alternativně uvolňující a absorbující teplo. jeden ze dvou objemů mezi regenerátorem a písty se nazývá expanzní prostor a udržuje se při určité vysoké teplotě Tmax. druhý objem se nazývá kompresní prostor a udržuje se při určité nízké teplotě Tmin. předpokládáme proto existenci teplotního spádu (gradient) Tmax - Tmin skrze objem regenerátoru píst kompresního prostoru v dolní úvrati píst expanzního prostoru v horní úvrati (blízko k čelní ploše regenerátoru) veškerá pracovní tekutina je v tomto okamžiku v chladném, tedy kompresním prostoru
Během komprese (proces 1 - 2)
kompresní píst se pohybuje směrem k horní úvrati píst v expanzním prostoru zůstává stát. pracovní látka se stlačuje v kompresním prostoru, tlak roste
5
7.5.2015
Princip činnosti Stirlingova motoru
stlačená pracovní tekutina se přemísťuje z kompresního prostoru přes regenerátor do expanzního prostoru, aniž by změnila svůj objem. dochází vlivem ohřevu v expanzním prostoru ke vzrůstu teploty a tlaku tekutiny kompresní píst přitom dorazí do své horní úvrati expanzní píst se pohybuje směrem od regenerátoru.
V další fázi (3 - 4)
Princip činnosti Stirlingova motoru
V procesu 2 – 3
expanzní píst pokračuje až do své dolní úvrati pracovní tekutina se rozpíná za stálého ohřevu při teplotě Tmax, tlak klesá na úroveň bodu 4.
V závěrečné fázi
ohřátá tekutina se vrací opět přes regenerátor do kompresního prostoru za stálého objemu vlivem změny teploty z Tmax na Tmin klesá i tlak na výchozí hodnotu danou bodem 1 a cyklus se opakuje.
Princip činnosti Stirlingova motoru
Peletový kotel se Stirlingovým motorem
Peletový kotel se Stirlingovým motorem
6
7.5.2015
Zařízení na bázi ORC
Zařízení na bázi ORC ORC = organický Rankinův oběh původně určen pro nízkoteplotní aplikace pracovním médiem jsou organické látky na bázi
výhody ORC
chladiv silikonových olejů
volbou vhodného pracovního média lze posunout pracovní teplotu až k hranici 350 °C a teplo získávat spalováním biomasy pracovní médium nelze ohřívat přímo v kotli spalujícím biomasu – nutno vložit termoolejový okruh
malé skupenské teplo pracovního média nižší tlak (10bar) a teplota (350°C) v celém oběhu ⇒ vyšší životnost zařízení nižší otáčky turbíny umožňují přímý pohon generátoru možnost vysokého stupně rekuperace tepla expanze končí v oblasti přehřáté páry - minimální eroze lopatek turbíny velký regulační rozsah (cca 20 až 100% jmenovitého výkonu) poměrně vysoká účinnost i při nízkých výkonech – vyšší než u parního oběhu
nevýhody ORC
drahé a nebezpečné pracovní médium vysoká investiční náročnost
Zařízení na bázi ORC
Zařízení na bázi ORC
ORC jednotka
Termoolejový kotel – výměníková část
7
