C.Aichering: Biomasszaerımő Güssing: Áramelıállítás fagázosítóberendezéssel Dipl. Ing. Christian Aichering-REPOTECH GmbH, Europastraße 1, A-7540 Güssing Tel.: +43 (0) 1 2161895, E-mail:
[email protected] Web: http://www.repotec.at Univ.Prof.Dr.Hermann Hofbauer, Dr. Reinhard Rauch-RENET Austria, Wien Ing.Reinhard Koch- Biomassekraftwerk Güssing GmbH & Co. KG, Güssing
1. Güssing: Megújuló Energiák Európa Centruma Güssing városa Ausztria délkeleti csücskében található, a vasfüggöny lebontásáig az ország legszegényebb régióihoz tartozott, melyet magas munkanélküliség és a fiatal lakosság elvándorlása jellemzett. Ezért keresték intenzíven a lehetıséget, hogy a helyi gazdaságot fellendítsék. 1991-ben létrehoztak egy energiakoncepciót, melynek lényege abban rejlett, hogy az összes energiaigényt a helyileg rendelkezésre álló biomasszából fedezzék. Azóta következetesen ennek a tervnek a megvalósításán dolgoznak, melynek keretén belül nem rég egy biomasszával mőködtetett távfőtımővet és repce-metizáló berendezést hoztak létre. Így közel jártak ahhoz, hogy elıször egy új, biomasszára- vízgızre- gázosításra alapuló erımő-létesítmény példáját Güssingben megvalósítsák. Ezen erımő sikeres üzembe helyezésével tudták a magát energiával ellátó Güssing térség becsvágyó célját megvalósítani. Az, amely még maguknak a megújuló enrgiaforrások felhasználásához ragaszkodók számára is utópia, az Güssingben már realitás. Ezen kívül elindítottak egy tartós térségfejlesztési folyamatot, amely Ausztria egyik legszegényebb tartományát, a megújuló energiák európaszerte elismert központjává teszik.
2. RENET-Ausztria: „Energia biomasszából” kompetenciahálózat Azért, hogy a becsvágyó terv ötletébıl kész termék legyen, a RENET-Ausztria kompetencia hálózatába társultak tervezık, kivitelezık, berendezések üzemeltetıi és tudósok együtt. A RENET célja, hogy az új, gazdaságilag és mőszakilag is kiemelt erı-hı kapcsolás rendszereit a biomasszagázosítás alapján fejlesszék. A güssingi kompetencia központ mellett a hálózatban mőködik a W. Neustadt központ is, ahol a kisebb teljesítmények területére kifejlesztették a szilárdágyas gázosítórendszert. A 2004-es év kezdetével a hálózatot végül a biogázzal bıvítették, amely három kompetenciaközpontból áll.
Elıször ezeknek az Ausztriában meglévı Know-Howk-nak a hálózatba kapcsolásával és az ebbıl kinövı, minden résztvevı partner intenzív munkája tette lehetıvé, hogy a legújabb tudományos ismereteket a mőködı és gazdaságos erımővekben valósítsák meg.
3. Biomassza- vízgız-
gázosítás
A gázosítási folyamat maga a vízgızön alapul- a biomassza gázosítása a belsı körbe áramló rezgırétegben történik. A berendezés szíve, a gázosító, tulajdonképpen két egymással összekötött rezgıréteg rendszerbıl áll. A gázosító részben a biomasszát kb. 850 Celsius foknál gız bevezetésével, gázosítják. A vízgız felhasználásával a gázosító eszközként felhasznált levegı helyein egy magasértékő, nitrogénmentes magas főtıértékő kátrányban szegény gáztermék keletkezik. Mivel a gázosítás folyamata maga endoterm (hıelnyelı) lezajlású, az egyensúly fenntartása érdekében hıt kell bevezetni Ezért a gázosítóba nem gázosított szenet (kokszot) vezetnek át a körbefutó ágyanyag ( homok) felett, mely hıhordozóként szerepel, és a csatlakoztatott égetıtérbe szállítva elég. Az exotherm ( hıfejlesztı) égési reakció szállítja az energiát az endoterm gázosító eljárásnak. Az égetıkamrában keletkezett hıt az ágyanyag a gázosítóba szállítja, és ott leadja. Két külön gázáramlat keletkezik: egy füstgázáram, hasonló, mint a hagyományos tüzelıberendezés füstje és a gáztermékáram.
A füstgázáram érezhetı hıjét a távfőtımő-hálózatba szállítják és ott hasznosítják. Utána tisztítják és a kéményen át elvezetik.
Produktgas
Rauchgas
Wärme
Vergasung
Verbrennung
Biomasse Zirkulation
Dampf
A vízgız - gázosítás elve.
Luft
4. Gáztermékhőtés és-tisztítás Az utána kapcsolt gázmotor mőködése szempontjából fontos, hogy a gázterméket ugyancsak hőtsék és tisztítsák. Ez 850 Celsius fok hımérséklettel lép ki a gázosítóból és a csatlakoztatott gáztermékhőtıben hőtik le kb. 150 Celsius fokra. Az itt nyert hıt a távfőtı hálózatban hasznosítják. A magas gázsebesség és a csıfalhımérséklet csökkentik a szennyezıdési hajlamot. Ezután a gázt egy szövetes filteren portalanítják. A leszőrt port gyúlékony tartalma miatt a gázelıállító égetıkamrájába vezetik vissza. A csatlakozóan beszerelt tisztítók csökkentik a kátrány, amónia és savas gázösszetevık koncentrációját. A gázterméket tovább hőtik a gázmotornak megfelelı optimélis hımérsékletre és egyidejüleg a kiválasztódott kátrányt és lecsapódott kondensvizet leválasztják. Mosószernek egy szerves oldószert alkalmaznak. A kátránnyal bevont mosószer egy részét kiszivattyúzzák és frissel pótolják. A kiszívattyúzott mosószert a gázosító égetıterében megsemmisítik. A kiválasztódott kondenzvizet pedig a gázosításban szükséges gız Elıállításához használják fel.Ez a speciális eljárásimód teszi lehetıvé, hogy minden maradék anyagot a folyamatban visszavezetnek, ami által a gáztisztításnál sem hulladék sem szennyvíz nem keletkezik.
A biomasszagázosítás eljárási sablonja-KWK-Güssingi berendezés
5. Gázmotor A motor, mely felhasználásra kerül a GE- Jenbacher AG-tıl, turbó Ottó motor, a gáztermékben található energiát árammá és hıvé alakítja. Az eredetileg földgázra tervezett V-20 ütemő motort 125 literes lökettétfogattal, speciálisan átalakították a gáztermék elıállítás követelményeinek., ahol különösen az erre a célra újonnan kifejlesztett gázkeverı említésre méltó. A hatásfok így érhetı el, amely eddig a biomassza felhasználásban a kisebb teljesítmény terület miatt elérhetetlen volt. Az elektromos hatásfok kb. 25 %-os, az összhatásfok ( áram és hı) még 80% felett is lehet.
6. A projekt alapadatai -építés kezdete -üzembe helyezés -tüzelıanyag
2000 szeptember 2001 november erdei aprítékanyag
-tüzelıanyaghıteljesítmény -elektromos teljesítmény -hı teljesítmény -elektromos hatásfok -összhatásfok -beruházás -optimális üzemelés
8 MW 2 MW 4,5 MW 25 % 80 % 9 millió EUR 1 millió EUR
7. Az üzemelés eredményei A kisebb, szokásos kezdeti nehézségek ellenére, amelyek egy erımő üzembehelyezésekor szokásosak, a projekt beválltotta a hozzáfőzött reményeket. Már 2003- ban sikerült több mint 4000 üzemórát elérni, amellyel már most igazolható az erımő gazdaságossága. Az üzembevétel kezdetétıl a főtıérték állandósága és a gáztermék megnyerıek voltak. Egy fıelınye a vízgızzelvaló gázosításnak, hogy a tüzelıanyag nedvességének ingadozását észrevétlenül elviseli. A hosszútávú üzemelésnél elkerülhetetlen nedvességingadozások nem mutatnak befolyást a gázösszetételre., ami által egy egyenletes magas hatásfokú motorüzem lehetséges. Teljesen megállta a helyét a gáztisztítás koncepciója. Robosztusnak és üzembiztosnak bizonyult. A hasonló projekteknél megfigyelhetı lerakódás a motor területén, amely magas karbantartási költségeket okoz, sıt a motor károsodásához vezet, Güssingben még 8000 üzemóra után sem volt megfigyelhetı.
Mivel a gáztisztításnál minden hulladékanyagot és kondenzációt visszavezetnek a folyamatba, az erımő nem csak szennyvízmentes, hanem csak egyetlen maradék anyaga a pernye, mely teljesen kiégett és a „normál” fahamútól nem lehet megkülönböztetni.
8. Gazdaságosság A Güssingi Biomasszamő projektjének a célja kezdettıl fogva a város hosszútávú ellátása volt árammal és hıvel. Ellentétben egy csupán kutatási célú berendezéssel, amelyet csak kísérleti célokra üzemeltetnek, itt szükséges, hogy a berendezés a folyósított támogatások nélkül is gazdaságossan üzemeltethetı legyen. A bevételeknek, melyek mintegy ¾ részben árameladásból és ¼ részt hıeladásból származnak, fedezniük kell az üzemi költségeket, amelyek lényegileg a tüzelıanyag költséget és a beruházás évi törlesztését jelentik. A nemzeti és az EU-beruházási támogatásaitól eltekintve, amelyek ennek a rendkívül hatékony ökóenergia eljárásnak mindenek elıtt a megvalósítását igazolják, a biomasszamő üzemelése a helyi magas faárak ellenére fedezi a költségeket.Egy fontos feltételt jelent az osztrák ökóáramrendelet, amely a faaprítékból származó áram betáplálását a hálózatba 16 Eurocent/kWh,2 MW-vel látja el. A meglévı optimálási potenciál kihasználásával, melytıl további hatásfoknövekedés várható, ez a jó eredmény tovább javulhat a jövıben.
9. Kitekintés A gáztermék elınyös tulajdonságai, mint a lényegesen magasabb főtıérték kb. 12MJ/Nm3 a levegıvel való gázosítással összehasonlítva, a magas hidrogén érték 40% és a hiánya egy nagyobb nitrogénrésznek, további alkalmazásokat is érdekessé tesznek. A metán szintetizálására máris kutatóprogramokat kezdtek, üzemanyagcellák üzemeltetésére és folyékony hajtóanyag elıállítására a Fischer-Tropsch- szintézis szerint. A metán szintetizálásának a célja a hosszútávon elıállított szintetikus gáz a földgázhálózatba való betáplálása. A termékgázban lévı szén-dioxidot ebben a folyamatban metánná alkítják. A gázban meglévı szén-dioxidból kinıve a tiszta metán a földgázhálózatba táplálható. A meglévı földgáz infrastruktúra felhasználásával együtt a biomasszából elıállított energiarész így növekedhet. 2003 júniusában Güssingben lezárult sikeresen egy kísérlet a metán szintetizálására a svájci Paul Scherer Intézettel .Elıkészületben van egy hosszú távú kísérlet a katalizátor-élettartamának felkutatására. A különbözı üzemanyagcella –típusok közül mindenekelıtt a kerámiaoxid cellák (SOFC) mutatnak elınyös feltételeket a vízgızgázosítással készített fagázzal való üzemeltetéshez. Mivel ez a kombináció, nagyon magas hatásfokot tesz lehetıvé, a biomassza árammá alkításánál, így Güssingben ugyancsak magasnyomással folytatják a kísérleteket.
Az ehhez szükséges gáztisztítás kutatása a megfelelı cella fejlesztése máris folyik, úgy hogy remélhetıleg még a 2004 évben megkezdıdhet Güssingben a próbaüzem. A 6. EU keretprogrammban kezdıdik ugyancsak a VW autókonszern vezetésével és 30 nemzetközi partner bevonásával a RENEW kutatóprogrammja, melynek célja jármővek üzemanyagának szintetizálása biomassza-gázosításieljárásokból. Az elsı kísérletet szintén 2004 –ben tervezik végrehajtani a Fischer-Tropsch eljárás szerint Güssingben. Ezek mellett a nagy kutatási témák mellett még számos kisebb fejlesztési lépést is végrehajtanak, amellyel tovább erısítik Güssingnek, mint a megújuló energiák hazai fıvárosának a hírnevét.
10. Köszönet nyilvánítás A szerzık megköszönik a kutatóhállózat minden dolgozójának, valamint a Gazdasági és Munkaügyi Minisztériumnak, Burgenland és Alsó-Ausztria Tartományának a pénzügyi segítséget.
