MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ LESNICKÁ A DŘEVAŘSKÁ FAKULTA Ústav lesnické a dřevařské techniky
Energetické využití dříví v rozdílných zemích světa
DIPLOMOVÁ PRÁCE
2011/2012
Bc. Pavla Bordovská
Prohlášení: Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma: Energetické využití dříví v rozdílných zemích světa vypracovala samostatně a použila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Souhlasím, aby moje diplomová práce byla zveřejněna v souladu s § 47b zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendlovy univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora MENDELU o archivaci elektronické podoby závěrečných prací.
Autor kvalifikační práce se dále zavazuje, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských práv díla s jinou osobou (subjektem) si vyžádá písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuje se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace.
V Brně, dne:
Podpis studenta:
Poděkování: Poděkování patří především vedoucímu mé diplomové práce, panu Ing. et Ing. Janu Klepárníkovi, za odborné vedení a věcné připomínky. Dále bych ráda poděkovala panu Ing. Martinu Smolovi a Ing. Josefu Cafourkovi, Ph.D. za poskytnuté informace o zemích Střední Ameriky. Děkuji Ing. Michalu Kjeronskému za jazykovou korekturu a cenné rady a Ing. Matěji Orságu za poskytnutí odborných článků souvisejících s mým tématem. Zvláštní poděkování patří také mé rodině za dlouholetou podporu mého studia.
Abstrakt Autor: Bc. Pavla Bordovská Název práce: Energetické využití dříví v rozdílných zemích světa Diplomová práce se zabývá energetickým využitím dříví ve Finsku, Nikaragui a České republice. V jednotlivých kapitolách jsou popsány základní informace o daných zemích a jejich lesích. Dále je v práci pojednáno o množství a typech využívaných biopaliv, energetickém využití dříví a zařízení na spalování biomasy v jednotlivých zemích. Na základě zjištěných cen palivového dříví a ostatních biopaliv byl proveden výpočet cen energií a jejich porovnání dle zemí. V práci je dále zahrnut výpočet spalného tepla a výhřevnosti vybraných paliv. Výsledné hodnoty byly diskutovány a porovnány s literárními daty. Klíčová slova: palivové dříví, biopalivo, energie, ceny energie, Česká republika, Finsko, Nikaragua, spalné teplo, výhřevnost
Abstract Author: Bc. Pavla Bordovská Title of the thesis: Energy utilization of wood in different countries This thesis deals with the energy utilization of wood in Finland, Nicaragua and the Czech Republic. In particular chapters are describes the basic information about the countries and their forests. The thesis further describes the amount and types of used bio fuel, energy use of wood and equipment for combustion of biomass in individual countries. Based on the price of fuel wood and other bio fuels have been calculated energy prices and compared for the countries. In the thesis is also included the calculation of the gross calorific value and the net calorific value of fuels. The resulting values were discussed and compared with literature data. Key words: fuel wood, bio fuel, energy, energy prices, Czech Republic, Finland, Nicaragua, gross calorific value, net calorific value
Obsah 1
ÚVOD ....................................................................................................................... 9
2
CÍL PRÁCE ............................................................................................................ 10
3
LITERÁRNÍ PŘEHLED ........................................................................................ 11
3.1 Biomasa .................................................................................................................. 11 3.2 Biopaliva ................................................................................................................. 11 3.2.1 Tuhá biopaliva ................................................................................................ 11 3.3 Fyzikální a chemické vlastnosti biopaliv ................................................................ 14 3.3.1 Vlhkost biopaliv .............................................................................................. 14 3.3.2 Spalné teplo (GCV) ........................................................................................ 14 3.3.3 Výhřevnost (NCV) .......................................................................................... 15 3.3.4 Chemické složení biopaliv .............................................................................. 17 3.4 Způsoby využití biomasy k energetickým účelům ................................................. 18 3.5 Tepelná přeměna biomasy ...................................................................................... 18 3.5.1 Karbonizace .................................................................................................... 18 3.5.2 Pyrolýza .......................................................................................................... 19 3.5.3 Zplyňování ...................................................................................................... 19 3.5.4 Spalování ........................................................................................................ 20 4
ENERGETICKÉ VYUŽITÍ DŘÍVÍ V ROZDÍLNÝCH ZEMÍCH SVĚTA .......... 22
4.1 Nikaragua – popis země a lesů ................................................................................. 23 4.1.1 Typy využívaných biopaliv v Nikaragui ........................................................ 24 4.1.2 Energetické využití dříví v Nikaragui ............................................................. 25 4.1.3 Zařízení na spalování biomasy v Nikaragui ................................................... 28 4.1.4 Způsoby výroby dřevěného uhlí v Nikaragui ................................................. 29 4.2 Finsko – popis země a lesů ..................................................................................... 32 4.2.1 Typy využívaných biopaliv ve Finsku ............................................................ 33 4.2.2 Energetické využití dříví ve Finsku ................................................................ 36 4.2.3 Zařízení na spalování biomasy ve Finsku ....................................................... 38 4.3 Česká republika – popis země a lesů ...................................................................... 41 4.3.1 Typy využívaných biopaliv v České republice ............................................... 42 4.3.2 Energetické využití dříví v České republice ................................................... 45 4.3.3 Zařízení na spalování biomasy v České republice .......................................... 46
5 VÝPOČET SPALNÉHO TEPLA (GCV), VÝHŘEVNOSTI (NCV) A CEN ENERGIÍ ........................................................................................................................ 49 5.1 Metodika ................................................................................................................. 49 5.1.1 Výpočet GCV, NCV a cen energií v Nikaragui.............................................. 49 5.1.2 Výpočet GCV, NCV a cen energií ve Finsku ................................................. 50 5.1.3 Výpočet GCV, NCV a cen energií v České republice .................................... 50 5.2 Souhrnné výsledky .................................................................................................. 51 6
DISKUZE ............................................................................................................... 52
6.1 Výsledky GCV a NCV ........................................................................................... 52 6.2 Výsledky cen energií .............................................................................................. 53 7
ZÁVĚR ................................................................................................................... 56
8
SUMMARY ............................................................................................................ 58
9
SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A PŘEVODY JEDNOTEK ....................... 60
10
SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY ................................................................ 61
10.1
Literatura ............................................................................................................. 61
10.2
Normy ................................................................................................................. 61
10.3
Internetové zdroje ............................................................................................... 62
11
PŘÍLOHY ........................................................................................................... 67
11.1
Seznam grafů ...................................................................................................... 67
11.2
Seznam tabulek ................................................................................................... 67
11.3
Seznam obrázků .................................................................................................. 68
1
ÚVOD Dřevo je u nás i ve světě jedním z nejvšestranněji používaných materiálů. Používá
se v mnoha odvětvích a navíc má obnovitelný charakter. Dřevo vždy bylo tradičním zdrojem energie. S postupným vývojem lidské společnosti a prohlubováním poznatků o dřevě se jeho možnosti využití stále více zvyšovaly a dnes má dřevo vedle energetického využití, své místo také ve stavebnictví, nábytkářství, celulózopapírenství, při výrobě hraček, sportovních potřeb a hudebních nástrojů. Průmyslová revoluce spustila používání fosilních paliv (uhlí, ropa, zemní plyn) a energetické využívání dřeva se tak dostalo do pozadí. Omezené zásoby fosilních paliv se však začaly rychle vyčerpávat, nehledě na to, že spalováním fosilních paliv se do ovzduší uvolňuje obrovské množství emisí, které napomáhají vzniku skleníkového efektu. V důsledku tzv. první energetické krize se lidstvo začalo ubírat k využívání obnovitelných zdrojů energie. Vedle obnovitelných zdrojů energie, jako je vodní, větrná, solární či geotermální, zaujímá významné místo i spalování biomasy (tedy i dřeva). Poptávka po dříví určeného k energetickým účelům roste, zejména díky rychle se rozvíjejícím plantážím rychle rostoucích dřevin (topoly, vrby), které mají krátkou dobu obmýtí (20 − 25 let). Využívání biomasy rostlin a dřevin má z environmentálního pohledu své přednosti před fosilními palivy ve vyrovnané bilanci CO2, minimálních emisích i lehké biologické odbouratelnosti.
Z technického
pohledu
se
využívání
biomasy
oproti
jiným
obnovitelným zdrojům energie vyznačuje stálou dostupností, snadnou skladovatelností a energetickou stabilitou. V současné době se v odborné literatuře uvádí, že podíl biomasy na celosvětové spotřebě energie je přibližně 14%, a to ne jen díky vysokému podílu biomasy v rozvojových zemích (kde je často dřevo jediným zdrojem energie), ale spotřeba biomasy vzrůstá také ve vyspělých zemích (např. ve Finsku).
9
2
CÍL PRÁCE Cílem této diplomové práce je na základě nashromážděných informací
ze zahraničních stáží ve Finsku a Nikaragui vyhodnotit možnosti energetického využití tuhých biopaliv ve Finsku, Nikaragui a České republice. V práci jsem si za hlavní úkoly kladla zjištění typů a množství využívaných tuhých biopaliv v daných zemích, informace o energetickém využití dříví, cenách biopaliv a zařízeních ke spalování biomasy. Dílčím úkolem byl popis specifické výroby dřevěného uhlí v Nikaragui. Dále jsem vypočítala ceny energií vybraných biopaliv a následně jsem je porovnávala dle jednotlivých zemí, výsledkem jsou také výpočty výhřevnosti a spalného tepla vybraných biopaliv a jejich srovnání s hodnotami uváděnými v literatuře.
10
3
LITERÁRNÍ PŘEHLED 3.1
Biomasa
Biomasa je organická hmota rostlinného nebo živočišného původu, která vznikla prostřednictvím fotosyntézy nebo sluneční energie. Rozeznáváme odpadní biomasu (ze zemědělské, potravinářské a lesní výroby nebo z komunálního hospodářství) a cíleně pěstovanou biomasu (rychlerostoucí dřeviny, energetické byliny, olejniny). 3.2
Biopaliva
Biopaliva jsou převážně rostlinného původu, vznikají z biomasy a používají se na výrobu tepla a elektrické energie. Jako biopalivo lze využít zbytky dřeva z lesnictví a dřevařského průmyslu, zbytky ze zemědělské a potravinářské výroby nebo záměrně pěstované plodiny na zemědělské půdě.
Druhy biopaliv: – pevná (tuhá) paliva (palivové dřevo, dřevní štěpka, pelety, brikety, kůra, piliny), – kapalná paliva (metanol, etanol, oleje, pyrolýzní oleje), – plynná paliva (bioplyn CH4, dřevoplyn CO, CH4, pyrolýzní plyn, syntézní plyn CO, H2). (Pastorek, Kára, Jevič, 2004) 3.2.1
Tuhá biopaliva
Dle ČSN EN 14961 lze tuhá biopaliva rozdělit do tří skupin: – dřevní biomasa (lesní a plantážní dřevo, dřevozpracující průmysl, použité dřevo), – bylinná biomasa (zemědělské a zahradní byliny, průmyslově zpracované byliny, směsi a příměsi), – ovocná biomasa (sadové a zahradní plody, průmyslově zpracované ovoce, směsi a příměsi).
Palivové dřevo je využíváno ve formě polen (malá topeniště) nebo dřevní štěpky (vetší výtopny, teplárny). Dřevo musí být suché s vlhkostí do 25%, jehož výhřevnost se pohybuje kolem 13–17 MJ/kg.
11
Obr. 1 Palivové dřevo (www.fehas.cz)
Odpadní dřevo (hobliny, piliny, štěpka) může být využíváno přímo, nebo je dále upravováno do formy dřevěných briket či pelet. Tato paliva najdou uplatnění v malých i velkých topeništích.
Dřevěné pelety jsou lisovány za vysokého tlaku z pilin nebo hoblin do válcovitého tvaru bez jakýchkoliv příměsí. Mívají délku 5–40 mm a průměr 6–8 mm, svým jednotným rozměrem usnadňují rovnoměrné a účinné spalování. Jejich výhodou je možnost automatické dodávky do spalovací komory a z toho plynoucí bezobslužný provoz zdroje tepla. Kromě dřevěných pelet se vyskytují také pelety rostlinné, kůrové, rašelinové nebo pelety směsné.
Obr. 2 Dřevěné pelety (zleva: s kůrou, bez kůry) (www.biom.cz)
Dřevěné brikety se vyrábí lisováním vstupní vysušené suroviny do tvaru válečků, hranolů nebo šestistěnů, o průměru 40 až 100 mm a délky do 300 mm ve speciálních
12
briketovacích lisech bez dalších přídavných směsí, pojiv nebo lepidel. Jsou ekologickou náhradou za uhlí.
Obr. 3 Dřevěné brikety (www.biom.cz)
Dřevěné pelety a brikety mají stabilní a nízkou vlhkost (obsah vody obvykle kolem 8 %) a nízký obsah popele (1–3 %). (Stumpavský, Holý, 2010)
Sláma obilovin a olejnin se nejčastěji spaluje ve velkých topeništích výtopen a tepláren, kam je dopravována ve formě balíků, které jsou zpravidla před podáváním do topeniště mechanicky rozdružovány. Výtopna na slámu musí mít velkoobjemové kryté skladiště na dlouhodobé uskladnění paliva, vzhledem k sezónnímu charakteru dostupnosti slámy.
Biomasa z plantáží energetických rostlin (např. speciální odrůdy topolů, konopí, šťovík, amarantu aj.) může být určena buď pro spalování ve formě štěpky či řezanky, zpracována do formy briket či pelet, využita pro výrobu kapalných biopaliv nebo pro výrobu bioplynu. (Jakubes, Bellingová, Šváb, 2006)
Palivová rašelina je pro vysoký obsah uhlíku a výhřevnost vhodná pro využití v energetice, jako tuhé palivo ve formě pelet či briket nebo jako drcená rašelina. Rašelina je jedním z nejvýznamnějších přírodních zdrojů severní polokoule. Finsko klasifikuje rašelinu jako pomalu se obnovující palivo, biomasu. Evropská unie a Mezivládní panel pro změny klimatu klasifikuje rašelinu jako fosilní palivo. (Heinimö, Alakangas, 2006)
13
3.3 3.3.1
Fyzikální a chemické vlastnosti biopaliv
Vlhkost biopaliv
Obsah vlhkosti se u různých typů biopaliv značně liší a někdy je zapotřebí před samotným spalováním biomasu předsušit. Pro energetické účely se používá vlhkost relativní, která vyjadřuje podíl hmotnosti vody ke hmotnosti mokrého paliva. Tato veličina výrazně ovlivňuje výhřevnost biopaliv a lze ji vypočítat ze vztahu: W
· 100 [%]
kde Wrel – relativní vlhkost biopaliva [%], mw – hmotnost vzorku surové hmoty [kg], m0 – hmotnost vzorku po vysušení [kg]. Relativní vlhkost dřeva a štěpky provětrávané a skladované pod střechou je v průměru 30 %. Sláma v balících uskladněných v halových skladech má 14 až 16 %.
V dřevozpracujícím průmyslu se obsah vody v dřevní hmotě vyjadřuje pomocí vlhkosti absolutní – poměru hmotnosti vody k hmotnosti dřeva v absolutně suchém stavu. Absolutní vlhkost tak může nabývat hodnot přes 100 %, počítá se podle vztahu: W
· 100 [%]
kde Wabs – absolutní vlhkost [%], mw – hmotnost vzorku surové dřevní hmoty [kg], m0 – hmotnost vzorku po vysušení [kg]. (Pastorek, Kára, Jevič, 2004) 3.3.2
Spalné teplo (GCV)
Spalné teplo (GCV) je definováno, jako teplo uvolněné spálením jednotkového množství paliva za předpokladu, že voda uvolněná spalováním je v kapalném skupenství. Spalné teplo biopaliv v suchém stavu se pohybuje mezi 18 a 22 MJ/kg a může být spočítáno podle následujícího vzorce: 0,3491 ·
1,1783 ·
0,1005 ·
0,0151 ·
!
0,1034 ·
"
0,0211 ·
$%&
[MJ/kg]
14
kde GCV – spalné teplo [MJ/kg] XC – obsah uhlíku v biopalivu [%], XH – obsah vodíku v biopalivu [%], XS – obsah síry v biopalivu [%], XN – obsah dusíku v biopalivu [%], XO – obsah kyslíku v biopalivu [%], Xash – obsah popele v biopalivu [%]. Ze vzorce je patrné, že obsah C, H a S pozitivně ovlivňuje spalné teplo, zatímco obsah N, O a popele přispívá negativně. (Van Loo, Koppejan, 2010) 3.3.3
Výhřevnost (NCV)
Teplo uvolněné spálením jednotkového množství paliva za předpokladu, že voda vzniklá spalováním je v plynném skupenství. Výhřevnost je možné vypočítat z GCV s ohledem k vlhkosti a obsahu vodíku v palivu použitím rovnice: '
· (1
) * 100
2,444 ·
) 100
2,444
+ · 8,936 (1 100
) * 100 [MJ/kg]
kde NCV – výhřevnost paliva [MJ/kg], GCV – spalné teplo paliva [MJ/kg], 2,444 – změna reakční entalpie pro vypařování H2O při teplotě 25°C, 8,936 – M./ 0 /M./ ; tj. molekulární hmotnostní poměr mezi H2O a H2, w – vlhkost paliva [%], h – koncentrace vodíku [%], (dřevní biomasa – h = 6 %, bylinná biomasa – h = 5,5 %). (Van Loo, Koppejan, 2010)
15
NCV [MJ/kg]
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0
10
20
30
40
50
60
vlhkost paliva [%]
Graf 1 Závislost výhřevnosti na vlhkosti paliva (pro palivo o prvkovém složení: C = 50 %, H = 6 %, O = 44 %) (Van Loo, Koppejan, 2010)
Se stoupajícím obsahem vody v biopalivu výhřevnost výrazně klesá, protože stoupá množství tepla potřebného k odpaření vody obsažené v palivu. Vliv vlhkosti dřeva na jeho výhřevnost a měrnou hmotnost zobrazuje tab. 1. Výhřevnost zcela zdravého a suchého dřeva je poměrně vysoká (18 MJ·kg−1 u listnáčů, 19 MJ·kg−1 u jehličnanů). Stejné hodnoty výhřevnosti mají i stébelniny a traviny. (Pastrorek, Kára, Jevič, 2004) Výhřevnosti vybraných paliv jsou uvedeny v tab. 2. Tab. 1 Výhřevnost a objemová hmotnost dřeva v závislosti na obsahu vlhkosti (Šnobl et al., 2004)
Objemová hmotnost
Obsah vody
Výhřevnost
[%]
[MJ/kg]
0
18,56
355
10
16,40
375
Polena
20
14,28
400
(měkké dřevo)
30
12,18
425
40
10,10
450
50
8,1
530
10
16,40
170
20
14,28
190
30
12,18
210
40
10,10
225
Druh paliva
Dřevní štěpka
16
volně ložená [kg/m3]
3.3.4
Chemické složení biopaliv
Efektivní spalování biomasy, neškodné životnímu prostředí, je možné jen ve speciálních topeništích. V topeništích pro fosilní paliva je spalování biomasy možné, vyznačuje se však velmi nízkou účinností a škodlivými emisemi (karcinogeny, aromatické uhlovodíky). Pokud biopaliva obsahují těžké kovy (As, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, V, Zn aj.), mohou být tyto prvky obsaženy i v popílku a popelu, což má negativní důsledky na životní prostředí. Proto se provádí analýza přítomnosti a množství těžkých kovů. Síra a chlór, které jsou obsaženy v tuhých biopalivech, se během hoření přeměňují na oxidy síry a chloridy a mohou ovlivňovat korozi uvnitř spalovacích zařízení. (Pastrorek, Kára, Jevič, 2004) Tab. 2 Základní složení paliv a biopaliv (dle Pastrorek, Kára, Jevič, 2004; Chromík, 2004) Podíl
Palivo
Roz-
Výhřevnost
mezí
prchavé hořlaviny
Obsah popelo-
Elementární složení Vlhkost
vin
C
H
O
N
S
(MJ·kg-1)
(%)
(%)
(%)
(%)
(%)
(%)
(%)
(%)
obilná
min.
13
70
3,5
12
43,9
5,4
38
0,3
0,05
sláma
max.
17,5
82
6,5
25
48
6,4
43,3
0,7
0,2
obiloviny
min.
15,5
76
3
12
45
6
39,5
1
0,09
sláma+zrno
max.
18,5
79
5,6
25
46,6
6,9
42,6
1,8
0,2
seno
min.
13,5
70
4,2
15
45
6
38,8
0,8
0,08
max.
17,7
75
5,8
25
48,6
6,6
44,3
1,1
1,12
min.
12
70
0,2
10
45
5,3
41,4
0,1
0,02
max.
15
85
3
60
52
6,5
46
1,7
0,3
min.
14
20
3
10
27,5
2,5
12
0,3
0,5
max.
23
55
33
30
64
5,8
33
1,5
6
min.
27
10
3,7
10
65
2,8
5
0,9
0,5
max.
32,5
40
17
30
84
5
9,1
2
1,5
min.
30
4
3
5
65
1
1
0,1
0,1
max.
32,5
13
15
15
90
2
2
0,5
0,5
min.
35
100
0
do 0,5
77
12
11
0,1
0
42,7
100
do 0,5
do 0,5
86
13
0,25
0,25
0,3
32
100
0
do 0,5
19
80
0,2
0
27
100
0
do 2
52
13
0
0
dřevo
hnědé uhlí
černé uhlí
koks
řepkový olej LTO zemní plyn etanol
min.
17
25
3.4
Způsoby využití biomasy k energetickým účelům
Způsoby energetického využití biomasy jsou dány fyzikálními a chemickými vlastnostmi biomasy. Důležitým parametrem je obsah sušiny v biomase. Hodnota 50 % sušiny tvoří hranici mezi suchými (obsah sušiny > 50 %) a mokrými procesy (obsah sušiny < 50 %). Mezi suché procesy patří termochemické způsoby přeměny biomasy (spalování, zplyňování, pyrolýza), mokré procesy zahrnují biochemické metody (alkoholové a metanové kvašení) a do ostatních postupů patří např. získávání odpadního tepla z technologických procesů. V praxi převládá ze suchých procesů spalování biomasy a z mokrých procesů výroba bioplynu anaerobní fermentací. 3.5
Tepelná přeměna biomasy
Nejrozšířenějším energetickým využitím biomasy jsou termochemické procesy. Jedná se o suchou destilaci biomasy bez přístupu vzduchu nebo jen za minimálního přístupu vzduchu. Základními termochemickými procesy jsou: – karbonizace (výsledný produkt – dřevěné uhlí), – pyrolýza (výsledný produkt – pyrolýzní olej, plyn), – zplyňování (výsledný produkt – plyn). 3.5.1
Karbonizace
Karbonizace je suchá destilace tuhé biomasy, která probíhá bez přístupu vzduchu a jejímž produktem je dřevěné uhlí. Během karbonizace dochází k eliminaci těkavých složek dřeva a je tím snížen obsah kyslíku a vodíku ve dřevě a zvýšena koncentrace uhlíku ve výsledném produktu. Výroba dřevěného uhlí je nejstarší, ale stále používanou metodou zušlechťování dřeva pro energetické využití. Původní tepelný rozklad dřeva bez přístupu vzduchu v milířích byl nahrazen suchou destilací v karbonizačních pecích a retortách. V karbonizačních pecích je teplo potřebné pro tepelnou přeměnu dodáváno přímo ze zuhelňovaného dřeva, zatímco u retort je teplo dodáváno zvenčí, zahříváním pláště retortu. Ke karbonizaci dřevěného uhlí se používá spíše listnaté dříví, ale může být použito i dříví jehličnaté, hroubí (průměr větší než 7 cm) i nehroubí (průměr menší než 7 cm) proschlé na vzduchu. Dříví by mělo být bez hniloby a s malým množstvím suků. Z 1 m3 lze získat 140 až 180 kg dřevěného uhlí, 280 až 400 kg kapalin a zhruba 80 kg 18
hořlavých plynů. Z toho vyplývá, že na výrobu jedné tuny dřevěného uhlí spotřebujeme asi 10 tun rovnaného dříví. Čím vyšší je karbonizační teplota, tím je dřevěné uhlí tvrdší a vyšší je i obsah uhlíku. Dřevěné uhlí se od surového dříví liší hustotou, která činí přibližně jednu čtvrtinu hustoty dříví, ze kterého bylo vyrobeno. Hustota uhlí z tvrdého dříví se pohybuje od 180 do 220 kg·m−3 a uhlí z jehličnatého dříví od 140 do 180 kg·m−3. Průměrná výhřevnost dřevěného uhlí je 27,2 MJ·kg−1, vlhkost kusového dřevěného uhlí je do 8 %, obsah prchavých látek v sušině do 12 %, obsah popela v sušině do 2 % a obsah uhlíku se pohybuje kolem 80 %. Bod vznícení dřevěného uhlí je v rozmezí 300 až 400 °C. Dobře vypálené uhlí hoří pomalu a vydává sálavé teplo (400 až 500 °C) bez plamenů a kouře. (Pastrorek, Kára, Jevič, 2004) 3.5.2
Pyrolýza
Pyrolýza je termický rozklad organických látek na nízkomolekulární sloučeniny, které se mohou využívat k syntézním výrobám nebo jako topný olej, topný plyn. Pyrolýza probíhá podobně jako karbonizace, bez přístupu kyslíku při teplotách od 500 do 800 °C. Podstatou tohoto tepelného rozkladu biomasy je ohřev základního materiálu nad mez termické stability přítomných organických sloučenin, čímž dochází k jejich štěpení až na stálé nízkomolekulární produkty a tuhý zbytek. Potřebné reakční teplo musí být, pro nedostatek kyslíku, přiváděno z cizího zdroje. Pyrolýza probíhá při atmosférickém, zvýšeném nebo sníženém tlaku za vysokých nebo nízkých teplot (závisí na druhu zpracovávaného materiálu a požadovaných produktech). V závislosti na dosahované teplotě lze pyrolýzní procesy rozdělit na nízkoteplotní (< 500 °C), středněteplotní (500 – 800 °C)a vysokoteplotní (> 800 °C). Většina pyrolýzních systémů je založena na termickém rozkladu vstupního materiálu v rotační peci vytápěné zevně spalinami, které vznikají spalováním pyrolýzních plynů v tzv. termoreaktoru. (Jakubes, Bellingová, Šváb, 2006) 3.5.3
Zplyňování
Zplyňování je termochemická přeměna biomasy na plyn, která probíhá za nízkého přísunu vzduchu při vyšších teplotách (800 až 900°C). Pokud je jako okysličovadlo použit vzdušný kyslík, má vzniklý surový plyn nízkou výhřevnost (4 až 6 MJ·m3) a obsahuje asi 18–20 % CO, 18–20 % H2, 2–3 % CH4, dále dusík, dehty, fenoly a tuhé částice. (Jakubes, Bellingová, Šváb, 2006) 19
Zplyňování dřeva ve zplyňovačích probíhá ve čtyřech fázích: sušení, pyrolýza, oxidace a redukce. Technologie zplyňování se dělí do tří skupin:
1. Protiproudá – umožňuje zplyňování i materiálů s vysokou relativní vlhkostí. Takto vyrobený plyn obsahuje více dehtu, který je třeba odstranit, přičemž výsledný produkt dosahuje nižších hodnot výhřevnosti.
2. Souproudá – odlišuje se tím, že má výpust plynu na dně reakční nádoby a redukční zónu pod spalovací (oxidační) zónou. Tyto dvě modifikace vedou k tomu, že dehet tvořící se v pyrolytické zóně musí projít horkou spalovací zónou ještě dříve, než opustí zplyňovač. Dehet se takto zúčastní spalování nebo se rozkládá na lehčí uhlovodíky a vycházející plyn je v ideálním případě bez dehtu.
3. Fluidní – při zplyňování ve fluidním loži víří látka přiměřené granulometrie (2 až 20 mm) ve spodní části izotermního reaktoru účinkem předehřátého vzduchu, postupně účinkem vznikajícího plynu. Vhodným poměrem paliva a vzduchu je možné účinně regulovat poměr exotermických (spalovacích) a endotermických (zplyňovacích) reakcí tak, aby proces probíhal bez přívodu energie zvenčí, tj. autotermicky. Vzniklý plyn obsahuje především CO (25 %), H2 (20 %), CO2 (10 %), N2 (40 %) a zčásti CH4 (3 %), přičemž se z 1 kg dřeva uvolní 1,5 až 2,0 m3 dřevoplynu. Pro získání plynu o výhřevnosti vyšší než 5 MJ·m−3 musí mít vstupující surovina vlhkost 15 až 20 %. (Pastrorek, Kára, Jevič, 2004) 3.5.4
Spalování
Spalování je termická přeměna biomasy za dostatečného přísunu kyslíku. Biomasa je spalována přímo nebo jsou spalovány její plynné či kapalné produkty. Spalováním vzniká tepelná energie, která se následně využívá pro vytápění, technologické procesy či výrobu elektrické energie. Vzhledem k charakteru biomasy a jejímu proměnnému složení je zapotřebí věnovat pozornost optimálním podmínkám pro spalování a čištění výstupních spalin. Je nutné kontrolovat emise CO a tuhých látek, v některých případech i oxidy dusíku a organické látky. 20
Zařízení pro přímé spalování biomasy mohou mít výkony od několika kW do desítek MW. Podle výkonu a technického řešení rozeznáváme následující zařízení na spalování biomasy:
1) Lokální topeniště (o výkonech několika kW): klasická kamna (plechová, litinová – nižší účinnost, větší emise, nutnost časté obsluhy), klasické krby, krbová kamna (vyšší účinnost, vysoký podíl sálavého tepla), cihlové pece a kachlová kamna (vysoká účinnost i akumulační schopnost).
2) Kotle malých výkonů (20 až 60 kW) pro vytápění rodinných domů, menší budovy – zplyňovací kotle na kusové dřevo (na polenové dřevo, brikety, někdy v kombinaci se štěpkou, dobrá regulace výkonu, nutnost časté obsluhy kotle), automatické kotle na dřevní pelety (bezobslužný provoz kotle).
3) Kotle středních výkonů (100 kW až 5 MW) pro větší zdroje ústředního vytápění, malé průmyslové aplikace, menší systémy centrálního zásobování teplem (CZT) – obvykle roštové kotle vybavené posuvným, pásovým či řetězovým roštem. Spalují nejčastěji slámu a dřevní štěpku. V závislosti na druhu paliva jsou vybaveny speciálním topeništěm, standardně vybaveny automatickým přikládáním paliva.
4) Kotle velkých výkonů (5 MW a více) pro průmyslové aplikace nebo systémy CZT – spaluje se zejména štěpka, sláma, dřevní odpad, ale je možné využít jakoukoli biomasu. Spalování biomasy v takto velkých kotlích je řešeno buď jako spalování na roštu nebo na fluidní vrstvě. Fluidní technologie je převážně využívána pro spoluspalování biomasy s tuhými fosilními palivy v konvenčních elektrárnách a teplárnách. (Jakubes, Bellingová, Šváb, 2006)
21
4
ENERGETICKÉ VYUŽITÍ DŘÍVÍ V ROZDÍLNÝCH ZEMÍCH SVĚTA V globálním měřítku ěřítku představuje p bioenergie, jako zdroj tepla, elektřiny elekt a paliva asi
14 % primární energie, 25 % této energie se využívá v industrializovaných zemích a zbývajících 75 % v rozvojových oblastech. Na celém světě ě ě je asi 3870·(106) ha lesa. Potenciál biomasy ve světě svě ě pro udržitelnou energii tvoříí 100 EJ/a (podíl dřevní d biomasy je 41,6 EJ/a), což představuje ředstavuje 30 % současné sou celosvětové spotřeby řeby energie. Lidstvo využívá 40 EJ/a dostupné energie z biomasy, což jsou 2/5 disponibilní energie. Z toho vyplývá, že biomasu k energetickým účelům ú lze využívat více. (Parrika, 2004) 2004
Dřevo je v historii lidstva považováno za první zdroj energie vůbec. vů Dnes je stále důležitějším zdrojem energie, tvoří tvo více než 9 % z celkové světové ětové primární energie. Více než dvě miliardy lidí jsou závislé na energii dřeva pro vaření vař nebo topení v domácnostech,, zejména v rozvojových zemích, kde dřevo představuje ředstavuje mnohdy jediný cenově dostupný zdroj energie. Paliva na bázi dřeva eva využívána k vaření va a topení představují ve světovém ětovém měřítku měř jednu třetinu celkové spotřeby energie z obnovitelných zdrojů. Dříví může ůže sloužit jako nouzové záložní palivo. Společnosti na jakékoliv sociálně-ekonomické úrovni mohou snadno přepnout zpět na energii dřeva, d když se setkají s ekonomickými problémy, problémy živelnou pohromou či nedostatky fosilních paliv. (www.fao.org)
3%
Asie
8% Afrika 15%
41% Latinská Amerika a Karibik Evropa 33% Ostatní
Graf 2 Produkce palivového dříví d ve světě 2010 (www.faostat.fao.org www.faostat.fao.org)
22
4.1 Nikaragua – popis země a lesů Nikaragua je se svou rozlohou 130 370 km2 největší zemí ve Střední Americe, počet obyvatel je 5,7 mil. Leží mezi Karibikem a Pacifikem, středem země prochází pohoří Kordillery s mnoha sopkami. Na jihozápadě se rozkládají jezera Nikaragua a Managua. Nikaragua se vyznačuje tropickým pasátovým podnebím. Území pokrývají tropické deštné pralesy s cennými dřevinami a savany. Nikaragua je nejchudší stát ve Střední Americe, je zde rozsáhlá nezaměstnanost a chudoba. Podle serveru Ústřední zpravodajské služby (CIA) je hrubý domácí produkt Nikaraguy 3 200 USD na obyvatele (ČR – 25 900 USD), uvedená data jsou z roku 2011. (www.cia.gov)
Obr. 4 Mapa Nikaraguy (www.cia.gov)
Asi 25 % (3 254 145 ha) povrchu země je pokryto různými lesními porosty, z nich 98 % tvoří přirozené lesy a 2 % jsou lesní plantáže. V zemi se nachází čtyři typy lesů:
– listnaté (2 760 018 ha), – jehličnaté (374 739 ha), – mangrovové (28 919 ha), – smíšené (6 789 ha).
23
Graf 3 Typy lesů v
49 % z celkové lesní plochy je ve vlastnictví obcí lesů, 11 % lesů vlastní nejvíce komerčně využívanými druhy globulifera L., Calophyllum a Carapa guianensis Forestal, 2009)
Graf 4 Vlastnictví lesů
4.1.1
Typy využívaných biopaliv v Nikaragui
Nikaragua disponuje a potravinářské výroby. tepla, zvláště pro výrobu elektrické energi k výrobě etanolu nebo pro p a palmový olej. (Ayuso,
7%
5%
1% Dříví Ropa
34%
53%
Elektrická energie Rostlinný odpad Dřevěné uhlí
Graf 5 Primární zdroje energie v Nikaragui (Engracia, Engracia, 2004) 2004
4.1.2
Energetické využití dříví d v Nikaragui
Tropické suché lesy Nikaraguy jsou přirozeně křehké ekosystémy, ekosystémy které byly tradičně ohroženy lidskou činností. Jedním z faktorů, které přispěly přispě k degradaci a odlesňování lesů, je těžba dřeva pro domácí, komerční a průmyslové ůmyslové účely. Zbývající plochy se většinou vyznačují vyzna velmi degradovanými lesními ekosystémy (keře, sekundární prales nebo křoviny). kř V případě Nikaraguy zatím není spotřeba palivového dřeva řeva udržitelná. Ačkoli A má vláda právo kontrolovat komerční využití palivového dříví, na trhuu se stále vyskytuje většina dříví íví bez povolení. Příčiny souvisejí s nedostatečnou kontrolou komerční těžby dřeva, vysokými náklady na legalizaci (povolení, plány řízení)) spojené s nadměrnou byrokracií a minimální marží a nedostatkem pobídek ze strany státu pro zalesňování.
Vysoká spotřeba řeba palivového dřeva d v Nikaragui má několik příčin ř čin: – nízká účinnost innost kamen na vaření va potravin (využívá se 9 až 14% celkové energie dřeva), – vysoké ceny jiných paliv, paliv – omezený přístup k elektrické energii, energii – nízké příjmy a chudoba, chudoba – nedostatek statek pracovních příležitostí, p – kulturní charakteristiky obyvatelstva. obyvatels (Carneiro, 2000)
V Nikaragui, zejména ve venkovských oblastech, mnoho rodin využívá dříví nebo dřevěné uhlí na vaření. Jejich zdrojem jsou stromy kolem domů a lesy. lesy V domácnostech se na vaření ení používají kamna, která mohou být pevná nebo přenosná.. 25
Použití druhů dříví na palivo je variabilní, závisí především na dostupnosti, zvycích a preferenci.
V domácnostech
se
nejvíce
spotřebovává
Cornizuelo
(Acacia
costarricensis L.) a Espino de Playa (Pithecelobuim dulce L.), které pocházejí z těžebních oblastí na severu země. V malých podnicích (pekárny, jídelny) vzhledem k vyšší účinnosti využívají druhy, jako Quebracho (Lysiloma seemanii L.), Madero Negro (Gliricidia sepium L.), Brasil (Haemathoxylon brasiletto L.) a Madroño (Calycophyllum candidissimum L.). Seznam všech dřevin využívaných jako palivo nebo pro výrobu dřevěného uhlí je uveden v tab. 3. (Chavarria, 2002) Celková spotřeba dříví pro energetiku v zemi se odhaduje na 3,7 mil. m3. Většina spotřebitelů dřeva a uhlí je soustředěna ve velkých městech po celém Pacifiku, kde se nachází 60% populace, v oddělení Managua, Leon, Chinandega, Granada, Masaya a Rivas a Carazo. Spotřeba dřeva je vzhledem k nízké hodnotě lesních zdrojů a nízké účinnosti tradičních kamen velmi vysoká. (Engracia, 2004) Tab. 3 Seznam dřevin Nikaraguy využívaných jako palivo (Chavarria, 2002) Obecný název
Vědecký název
Obecný název
Vědecký název
Acetuno
Simarouba glauca
Guayaba
Psidium guajaba
Amarguito
Ver Sardinillo
Guayabillo
Eugenia carthaginensis
Arco
Apoplanesia paniculata
Guiniquil
Desmopsis bribacteata
Aromo
Acacia farnesiana
Huesito
Quassia amara
Bimbayan
Vitex cooperi
Jiñocuabo
Bursera simaruba
Brasil
Haemathoxylon brasiletto
Jiñomuerto
Cacho novillo
Laurel
Cordia alliodora
Caratillo
Alvaradoa amorphoides
Leucaena
Leucaena leucocephala
Carbón
Sweetia panamensis
Madero Negro
Gliricidia sepium
Madroño
Calycophyllum
Carboncillo
candidissimun Chaperno
Lonchocarpus sp
Mangle
26
Chilamate
Ficus sp
Michiguiste
Chiquirín
Myrospermun frutescens
Mora
Rhizhophora mangle
Chlofophora tinctoria Ñámbar Chocollito
Caesalpinia eriostachys
Dalbergia retusa Neem
Chocuabo
Azadirachta indica
Caesalpinia violacea Ninchiguiste
Cincho
Achras zapota
Lonchocarpus Níspero
phlebophyllus
Ojoche Coñocuabo
Caesalpinia eriostachys
Brosimun alicastrum Paracai
Cornizuelo
Acacia costarricensis Pino
Cortez
Tabebuia chrysantha
Coyote
Platymiscium pinnatum
Espino de Playa
Pithecelobuim dulce
Eucalipto
Eucaliptus camaldulensis
Pinus oocarpa Quebracho Lysiloma seemanii Roble Tabebuia pentaphylla Roble Encino Quercus spp Ronron Astronium graveolens
Garabatillo Sardinillo Guaba
Inga spp
Guabillo
Inga densiflora
Guachipilín
Diphysa robinioides
Guácimo
Guazuma ulmifolia
Guanacaste Blanco
Enterolobuim cyclocarpum
Tecoma stans Tempisque Mastichodendron capiri Tiguilote Cordia dentata Tololo Guarea glabra Vainillo (a) Cassia spectabilis Varazón
Guascuabo Varilla
27
4.1.3
Zařízení na spalování biomasy v Nikaragui
Obecně platí, že zařízení ke spalování biomasy jsou jednoduchá s nízkou účinností. Kromě toho vydávají významné množství toxických plynů, které mají negativní dopad na zdraví rodin a topení je neefektivní, neboť se ztráta výkonu pohybuje mezi 30 % a 90 % energie. Nízká kvalita těchto zařízení produkuje emise toxických plynů, jako je oxid uhelnatý (CO), metan (CH4) a další produkty nedokonalého spalování. Tyto plyny způsobují zdravotní problémy, jako bolesti hlavy a respirační onemocnění.
Obr. 5 Tradiční kamna používaná na venkově (www.flickriver.com)
Vylepšené typy kamen (obr. 6) se vyznačují uzavřenou komorou, která drží teplo, design kamen je přizpůsobený tvaru nádoby nebo hrnce (maximalizace přenosu tepla do nádoby), přepážky způsobují turbulence a usnadňují přenos tepla, regulátory optimalizují proudění vzduchu, keramický povrch minimalizuje tepelné ztráty, rošt umožňuje měnit množství paliva a usnadňuje odstraňování popele, kovový kryt zajišťuje konzistenci a trvanlivost, multi-systém pro maximalizaci využití tepla umožňuje použití více nádob současně. (Ayuso, 2009)
28
Obr. 6 Typy vylepšených kamen (Ayuso, 2009)
V roce 2004 vstoupila na nikaragujský trh firma Ecofogón s novými energeticky účinnějšími kamny. Spalování dřeva se provádí v žáruvzdorné keramické komoře, která umožňuje efektivní využití dříví, snižuje tvorbu kouře, zbývající spaliny jsou odváděny komínem mimo dům. Ecofogón je systém, který umožňuje zdravé vaření a šetří až 50% nákladů na palivo, je mobilní s varnou plochou o rozměrech 56x56 cm. (Engracia, 2004)
Obr. 7 Energeticky účinná kamna Ecofogón (Engracia, 2004)
4.1.4
Způsoby výroby dřevěného uhlí v Nikaragui
V Nikaragui stále převládá výroba dřevěného uhlí v jámách. Pro výrobu dřevěného uhlí se používá dříví ponechané 1 až 2 měsíce na slunci a větru. Důležitý je výběr lokality. Vybrané místo, musí mít proschlou a odvodněnou půdu. Jámy se situují v blízkosti vodního zdroje (regulace vysoké teploty) a v blízkosti zdroje dříví pro výrobu (usnadnění práce, a aby se předcházelo vzniku odpadů) s ohledem na možnost vzniku požáru v období sucha.
29
Obr. 8 Schéma karbonizační jámy (Ayuso, 2009)
V jámách jsou horizontálně naskládány dřevěné klády do lůžek, která jsou zvenku utěsněna hlínou. Rozměry vyhloubené jámy závisí na velikosti klád. V hliněném obalu je na počátku procesu vytvořeno několik otvorů, aby do jámy mohl vnikat vzduch při rozhořívání. Poté jsou otvory utěsněny a přísun vzduchu je regulován na velmi nízké úrovni. Jáma pak několik hodin i dnů doutná za minimálního přístupu vzduchu a uvnitř probíhá za vysoké teploty karbonizace dřeva. Pak se jáma nechá den vychladnout a po jejím rozhrnutí se může vzniklé uhlí vyjmout. Účinnost procesu závisí na druhu dřeva, jeho vlhkosti a podmínkách, ve kterých karbonizace probíhá (doba ohřevu, dosažená teplota). (Zuñiga et al, 2008)
Obr. 10 Proces (foto: Smola, 2007)
Obr. 9 Výstavba hráně uvnitř jámy s patrným otvorem pro přívod vzduchu (foto: Smola, 2007)
30
karbonizace
dřeva
Obr. 11 Vyrobené dřevěné uhlí (foto: Smola, 2007)
Účinnějším způsobem je pálení v tzv. retortách. Ve vyspělejších departmentech jako je León a Chinandega se tato zařízení vyskytují. Tato nová technologie může být přepravována do lesa, což snižuje náklady na výrobu dřevěného uhlí a také vytváří čistší, lepší kvalitu dřevěného uhlí, šetří surovinu a také snižuje poškozování životního prostředí ve srovnání s tradiční metodou pálení dříví v jámách.
Obr. 12 Výroba dřevěného uhlí v retortách (www.cuentadelmilenio.org.ni)
Pro ohřev dřeva v uzavřené komoře (retortě) se využívá směs plynů, která se ze dřeva uvolňuje při procesu uhelnatění (pyrolýzní plyny). Plyny se z retorty odebírají a zavádí se zpět do topeniště. Touto metodou je možné ze 3 tun dřeva vyrobit 1,2 tuny uhlí.
Vypalování
trvá
36
hodin
(www.cuentadelmilenio.org.ni)
31
a
24
hodin
probíhá
chlazení.
4.2 Finsko – popis země a lesů Finská republika je severská země na severovýchodě Evropy, kterou omývá Baltické moře na jihozápadě, Finský záliv na jihovýchodě a Botnický záliv na západě. Rozloha Finska je 33,8 mil. ha (10 % plochy tvoří jezera, 75 % lesy), počet obyvatel činí 5,3 milionů. Podnebí Finska je severské mírné, potenciálně subarktické. Finsko patří mezi vysoce industrializované ekonomiky s volným trhem. Vyniká v průmyslové výrobě (zejména ve zpracování dřeva a kovů),
strojírenství,
telekomunikaci a elektronice. Hrubý domácí produkt v paritě kupní síly na obyvatele činí 38 300 USD (ČR – 25 900 USD), uvedená data jsou z roku 2011. (www.cia.gov)
Obr. 13 Mapa Finska (www.poyskygenealogy.com)
Finsko je se svými 22,8 mil. ha lesa nejvíce zalesněnou zemí Evropy, převládají zde jehličnaté boreální lesy. Finsko má asi 30 původních druhů stromů. Téměř polovina objemu zásob dřeva se skládá z borovice lesní (Pinus sylvestris L.), ostatními druhy jsou nejčastěji smrk (Picea abies L.), bříza pýřitá (Betula pubescents L.) nebo bříza bělokorá (Betula pendula L.).
32
Bříza a ostatní listnáče 20% Borovice 50%
Smrk 30%
Graf 6 Rozdělení finských dřevin v roce 2010 (www.forest.fi www.forest.fi)
Soukromé osoby a rodiny vlastní více než polovinu finských lesů. Lesy se dědí z jedné generace na druhou, druhou a proto Finové pro tyto lesy obecně používají termín ''rodinné lesy".. Stát vlastní 34 % finských lesů, 8 % je soukromých a 5 % tvoří tvo ostatní vlastnictví. Státní lesy se nachází převážně na severu Finska a 45 % z nich je chráněných. (www.forest.fi www.forest.fi)
100% 90%
5 8
5 9
80% 70%
35
26
60%
Ostatní
50%
Soukromé průmyslové lesy
40% 30% 20%
Státní lesy 52
60
Rodinné lesy
10% 0% Lesní pozemky
Produktivní lesní půda
Graf 7 Vlastnictví lesů ve Finsku 2009 (www.forest.fi)
4.2.1
Typy využívaných biopaliv ve Finsku
Finsko je jednou z předních světových zemí ve využívání obnovitelných zdrojů zdroj energie. Přibližně 26% % spotřeby spot primární energie tvoří bioenergie. Podíl bioelektřiny, který činí 20%, je dnes nejvyšší v Evropské unii. Finsko je vedoucí zemí ve vývoji technologií spalování biomasy pro kombinovanou výrobu tepla a elektrické energie 33
a účinných systémůů dodávek paliva. Finsko je také světovou tovou jedničkou jednič ve výrobě fluidních kotlů, které eré jsou vhodné pro spalování všech druhů biomasy. (Nordic bioenergy, 2011)
3% 3%
3% Topný olej
6%
Paliva na bázi dřeva
24%
Jaderná energie Uhlí
10%
Zemní plyn Rašelina
13% 22%
Vodní energie Elektrická energie
16%
Tepelná čerpadla, ostatní
Graf 8 Celková spotřeba spot energie ve Finsku v roce 2010 (www.stat.fi www.stat.fi)
Jako palivo se z biomasy iomasy tradičně tradi využívaly zbytky z lesnické výroby a palivové dříví. Během hem posledního desetiletí byla tato paliva doplněna na o lesní štěpku ště z těžebních zbytků, bioplyn, biologicky rozložitelné frakce recyklovaného odpadu, slámu a celoroční energetické plodiny. Přehled využívaných paliv na bázi zi biomasy a jejich spotřebu zobrazuje tab. ab. 2.
Mezi nejdůležitější ů ější zdroje bioenergie ve v Finsku patří dřevo řevo a palivová rašelina. rašelina Pětina celkové spotřeby řeby energie ve Finsku je odvozena z paliv na bázi dřeva, d přibližně polovina z nich je odpadní voda z lesního průmyslu, jako je černý louh. louh Přibližně 5,2 mil. m3 dřeva a 1 mil. m3 dřevního odpadu se spálí v soukromých domech, farmách a rekreačních chatách. (www.forest.fi www.forest.fi)
Energetické plodiny, plodiny především chrastice rákosovitá, jsou pěstovány pě na 9000 hektarech polí Finska. Výnosy ze sklizně chrastice rákosovité mohou dosahovat až 8 tun na hektar, drcené balíky nebo volné rákosy mohou býtt spalovány spolu s rašelinou a ostatní biomasou v kotlích na vytápění či v elektrárnách. (www.unep.org www.unep.org)
34
Zbytky z lesní těžby a z probírek, kmeny, pařezy a větve jsou obvykle štěpkovány a dále zpracovávány ve formě lesní štěpky. Využívání lesní štěpky ve výrobě energie se značně zvýšilo, od roku 2005 přesáhlo její využívání tři miliony m3 ročně. Téměř 90 % lesní štěpky se používá na vytápění v elektrárnách, zbytek v soukromých domech. Finská vláda si stanovila za cíl zvýšit podíl obnovitelných zdrojů na výrobě energie (v současné době 31 %). Důležitým nástrojem v dosažení tohoto cíle je Národní lesnický program, jehož cílem je zvýšit využívání lesní štěpky na 8 mil. m3 do roku 2015. Cílem Evropské unie je, že do roku 2020 budou 1/5 spotřeby energie v členských státech utvářet obnovitelné zdroje energie. (www.forest.fi) Tab. 4 Celková spotřeba energie biopaliv ve Finsku v roce 2010 (Metsätilastollinen: Finnish Statistical Yearbook of Forestry, 2011)
Spotřeba
Podíl na celkové
(PJ)
spotřebě (%)
Paliva na bázi dřeva
312
22
Černý louh
136
9
3
0
Tuhá dřevní paliva
173
12
Teplárny a elektrárny
111
8
Lesní štěpka
45
3
Průmyslová štěpka
7
0
Piliny
13
1
Kůra
42
3
Ostatní tuhá dřevní paliva
4
0
63
4
Rodinné domy
60
4
Komerční a kancel. budovy
3
0
Rašelina
94
6
Palivo
Vedlejší produkty lesního průmyslu a odpadní produkty
Spalování dříví v malém měřítku
Spotřeba energie ve Finsku je vysoká, v roce 2006 byla 300 MJ na obyvatele. Pro srovnání, ve stejném roce činila odpovídající číselná hodnota pro EU 154 MJ/obyvatele. Faktory, které mají za následek vysokou spotřebu energie, jsou studené klima, dlouhé 35
vzdálenosti, vysoká životní úroveň a energeticky náročná struktura průmyslu. (Heinimö, Alakangas, 2009) 4.2.2
Energetické využití dříví ve Finsku
Pokud jde o výrobu energie z obnovitelných zdrojů, je Finsko v současnosti jednou z předních zemí EU. Hlavním zdrojem energie z obnovitelných zdrojů je dřevo, které v posledních letech tvoří zhruba jednu pětinu celkové spotřeby energie. Paliva na bázi dřeva jsou druhým nejvýznamnějším zdrojem energie po fosilních palivech a jsou využívány především pro výrobu tepla a elektřiny. Hlavní část paliv na bázi dřeva se skládá z vedlejších produktů a odpadů lesního hospodářství, významnou roli má také kulatina. Ve finských statistikách jsou paliva na bázi dřeva rozdělena do kapalných průmyslových odpadů a tuhých dřevních paliv. Tuhá dřevní paliva jsou dále rozdělena na dřevní paliva spotřebovaná v teplárnách a elektrárnách a palivové dříví používané v obytných budovách (tj. soukromé domy, farmy a rekreační domy). (Torvelainen, 2010) Tab. 5 Spotřeba dřeva ve Finsku 2010 (Metsätilastollinen: Finnish Statistical Yearbook of Forestry, 2011)
Kulatina 70,83 mil. m3 Lesní průmysl
Výroba energie
62,45 mil. m3
8,38 mil. m3
Tuzemská
Importovaná
Palivové dříví
Teplárny
kulatina
kulatina a štěpka
pro obytné budovy
a elektrárny
53,14 mil. m3
9,31 mil. m3
5,36 mil. m3
3,02 mil. m3
Vedlejší produkty a dřevní odpad lesního průmyslu 21,31 mil. m3 Pilařská štěpka Zbytky palivového Teplárny dříví pro obytné a prach a elektrárny budovy 6,98 mil. m3 13 mil. m3 1,33 mil. m3
V roce 2008 byla tuhá dřevní paliva spalována přibližně v 1 000 teplárnách a elektrárnách. Většina zařízení na výrobu energie produkuje teplo, ale mezi největší jednotky se řadí více než 50 zařízení na kombinovanou výrobou tepla a elektrické energie, kde se kůra, piliny a lesní štěpka spaluje s rašelinou, recyklovaným odpadem a fosilními palivy. 36
V roce 2010 činila celková spotřeba paliv na bázi dřeva 312 PJ, z toho tuhá dřevní paliva tvořila 173 PJ. (Torvelainen, 2010) Palivové dříví je v současné době poměrně zřídka jediným zdrojem vytápění, nicméně v mnoha případech může být primárním zdrojem tepla. Krby jsou nejčastějším záložním zdrojem tepla nebo slouží k vytvoření příjemné atmosféry. Ve Finsku jsou stále velmi časté sauny vytápěné tradičním způsobem spalování dřeva v saunových kamnech. Téměř všechny jednogenerační a rekreační domy i samostatné sauny mají alespoň jeden krb nebo kamna. Nejvíce se z palivového dříví využívá bříza, dále se také požívá borovice, smrk, osika nebo olše. (Torvelainen, 2010) Hlavními spotřebiteli dřeva ve Finsku jsou rodinné domy (51 % – 3,8 m3/dům) a farmy (36 % – 14,4 m3/farma). 11 % z celkové spotřeby dřeva (1,8 m3/dům) využívají rekreační domy a 2 % ostatní malé domy. (Growing Power, 2009) Tab. 6 Spotřeba paliv na bázi dřeva v teplárnách a elektrárnách v roce 2010 (Statistic Finland: Solid wood fuel consumption in heating and power plants in 2010)
Palivo
Spotřeba mil. m3
%
Energetický obsah TWh
%
Lesní štěpka
6,24
38,9
12,49
40,6
Vedlejší průmyslové produkty
9,32
58,1
17,45
56,7
Průmyslová štěpka
0,91
5,7
1,83
5,9
Piliny
1,75
10,9
3,54
11,5
Kůra
6,58
41
11,66
37,9
Pelety a brikety*
0,08
0,5
0,42
1,4
Recyklované dřevo
0,47
2,9
0,83
2,7
Celkem
16,02
100
30,77
100
*pro přepočet objemu pelet a briket byla použita hustota 1150 kg/m3
Tři čtvrtiny palivového dříví jsou vyrobeny použitím dřeva a zbytků z vlastních lesů nebo suroviny získané zdarma. Jedna čtvrtina palivového dříví je zakoupena od výrobce. Přepravní vzdálenost palivového dříví tudíž není velká a nedochází tak k velkému znečišťování ovzduší vlivem výfukových plynů. Průměrnou přepravní vzdálenost palivového dříví k jednotlivým spotřebitelům zobrazuje graf 9.
37
Km
30 25 20 15 10 5 0
Graf 9 Průměrná ů ěrná přepravní p vzdálenost palivového dříví (Torvelainen, Torvelainen, 2010) 2010
4.2.3
Zařízení na spalování biomasy ve Finsku
Výroba energie ve Finsku má celkově vysokou účinnost,, protože přibližně jedna třetina elektrické energie se vyrábí kombinovanou výrobou tepla a elektrické energie. Polovina takto vyrobené energie je připojena na systémy dálkového vytápění vytáp a druhá polovina dodává teplo a parní energii do průmyslových ových procesů. procesů Celková tepelná účinnost velkých kogeneračních kogenera zařízení se pohybuje mezi 85 a 90 %. Pokud by se teplo a elektrická energie vyráběly vyráb zvlášť, emise CO2 z produkce energie energ by byly asi o 50 % vyšší než aktuální. aktuální Ve Finsku je v provozu kolem 100 fluidních kotlů kotl s dlouholetými zkušenostmi. Spalování ve fluidních kotlích nabízí nesporné výhody nad kontrolou spalování: nízké emise oxidů dusíku, zachycení SO2 v průběhu výrobního procesu a schopnost spalovat širokou škálu nekvalitních, druhořadých i směsných paliv. Různé ůzné druhy biomasy mohou být spalovány různými ůznými technologiemi spalování a zplyňování. Dnes je nejběžnější nejb konfigurací přímé spoluspalování. spoluspa V aplikacích, které sahají od 20 do 310 MW, jsou typické technologie spalování ve fluidním loži, kde jsou různé ůzné zbytky biomasy z lesnického průmyslu přímo př spalovány společně s uhlím. (Growing Power, 2009) Finská společnost čnost Metso vyrábí fluidní kotle se dvěma dvěma metodami spalování: s cirkulující fluidní vrstvou (pro paliva vyšší výhřevnosti, výh evnosti, fosilní paliva, spoluspalování) nebo bublinkovou fluidní vrstvou (pro biomasu, recyklovaná paliva). (www.metso.com) Zvláště důležitým ležitým typem kotlů kotl pro kombinovanou výrobu tepla a elektrické energie jsou průmyslové regenerační regenerač kotle, vyskytující se v papírnách. Regenerační Regenera kotle se využívají v chemických procesech, kde spalují rozvlákněný rozvlákněný výluh, tzv. černý louh. 38
Za posledních 15 let se celková účinnost v kombinované výrobě elektřiny a tepla s využitím regeneračních kotlů nepřetržitě zlepšovala a emise SO2 byly prakticky vyloučeny. Mnoho malých kogeneračních systémů je založených na palivových článcích, pístových spalovacích motorech, mikro-turbínách nebo externích spalovacích motorech (Stirlingův motor). (Growing Power, 2009) Tradiční technologií pro spalování pevných biopaliv je spalování na roštu. Rošty jsou méně tolerantní ke změnám kvality paliva než fluidní kotle. Moderní řešení kotle s patentovanou technologií roštu BioGrate představuje firma Wärtsilä. BioGrate je rošt se spodním přívodem paliva v kombinaci s pohyblivým roštem, je použitelný pro výkony 3 až 17 MW.
Obr. 14 Schéma patentované technologie roštu BioGrate (www.koesnoto-widjaya.co.cc)
Palivo se přivádí na střed roštu, který je rozdělen do kruhových zón. Každá druhá zóna roštu se otáčí ve směru hodinových ručiček, ostatní zóny v opačném směru. Pohyb roštu palivo rovnoměrně rozprostírá. Vlhkost a voda se odpaří v důsledku tepelného záření z horkých stěn a hořících plynů. Zatímco se paliva pohybují směrem k vnějším kruhovým zónám roštu, probíhá zplyňování a spalování plynů a uhlíku. Popel se pohybuje na roštu, odkud nakonec napadá do popelníku s vodou ve spodní části komory. Primární vzduch pro spalování je přiváděn do palivové vrstvy přes rošt v několika zónách. Přívod vzduchu je mezi jednotlivými zónami zajištěn klapkami. Sekundární a terciární vzduch se používá v kombinaci s efektivním směšováním k zajištění dokonalého spalování a minimálního množství emisí dusíkatých a uhlíkatých plynů. (Helkilinna, 2004)
39
Efektivním řešením, jak spálit pevnou biomasu v malém měřítku, jsou pelety. V roce 2007 bylo ve Finsku vyrobeno 326 000 tun dřevěných pelet. Jedna třetina pelet byla spálena ve Finsku a polovina domácí spotřeby byla použita v kotlích malých výkonů (< 25 kW). 13000 domácností používají pelety jako hlavní palivo. Domácnosti spolu s malými teplárnami (výkon kotle 50 – 500 kW) jsou hlavní spotřebitelé pelet. Spalování pelet je spolehlivé a vyžaduje minimální údržbu a dohled, provoz lze automatizovat. Výroba spalovacích zařízení na pelety se postupně zvyšuje. Samostatné hořáky a kotle jsou v současné době více populární než kotle s integrovanými hořáky. Stále více zařízení ke spalování pelet se prodává jako jedno balení obsahující kotel, hořák, dopravníky a zásobník.
Obr. 15 Kotel na pelety InterFire IF20 Lambda (20kW) (www.kotituli.fi)
Finsko vede světový trh a je v čele výzkumu, vývoje a výroby krbů. Finské moderní krby se vyznačují vysokou účinností a nízkými emisemi. Tyto krbová kamna jsou vytápěna malým množstvím dřeva na vysokou účinnost, protože teplo se akumuluje v materiálu okolní pece. Účinnost moderních krbových kamen může dosahovat až 90 %. (Growing Power, 2009)
40
4.3 Česká republika epublika – popis země a lesů Rozloha 79 000 km² řadí Českou republiku ke středněě velkým evropským státům. stát Počet obyvatel činí 10,2 milionu. Podnebí Česka je středoevropské, ředoevropské, kontinentální, ovlivněné nadmořskou řskou výškou. výškou V České republice se nachází 2,59 mil. ha lesa, což zaujímá 33 % celkové plochy. Více než polovina objemu zásob ob dřeva se skládá ze smrku ztepilého (Picea Picea abies L.), ostatními druhy jsou nejčastěji borovice (Pinus ( L.) buk (Fagus L.), dub (Quercus Quercus L.) nebo modřín (Larix L.).
ch dřevin d se snižuje, naproti tomu se zvyšuje uje podíl pod listnatých Plocha jehličnatých dřevin, např.. dubu, buku ale i jasanu či javoru. Je to výsledek sledek trvalého trval úsilí lesníků o změnu druhové skladby lesů les a zčásti i výsledek cílené finanční finan podpory státu zaměřené na zabezpečen ení nezbytného podílu melioračních a zpevňujících zpev dřevin při obnově lesních porostů.. (www.mvcr.cz) (Zpráva o stavu lesa a lesního hospodářství hospodá České eské republiky v roce 2010) 3,9%
2,8%
1,0% smrk ztepilý
6,9%
borovice ostatní listnaté
7,3% 8,1%
buk 51,9%
dub modřín
16,8%
bříza jedle
Graf 10 Druhové složení lesů les ČR (Zpráva o stavu lesa a lesního hospodářství řství České Č republiky v roce 2010)
Nejvíce porostní plochy zaujímají zauj státní lesy ve správě LČR, R, s. p., (1,6 ( mil. ha), další významný podíll tvoří tvo fyzické osoby, obce a města. Ostatní Ostatn vlastníci jsou zastoupeni menšími mi podíly. pod
41
2,64%
1,18%
0,05%
Státní lesy Lesy ve vlastnictví fyzických osob Obecní a městské lesy
16,55%
19,48%
60,10%
Právnické osoby Lesní družstva a společnosti Lesy církevní a nábož. spol.
Graf 11 Vlastnictví lesů v ČR Č (Zpráva o stavu lesa a lesního hospodářství České eské republiky v roce 2010) 2010
4.3.1
Typy využívaných biopaliv v České republice
V České republice je biomasa již poměrně běžným energetickým m zdrojem. Biomasa má ze všech druhůů OZE v ČR nejvyšší potenciál využití. V roce 2009 dosahoval podíl biomasy na celkové energii vyrobené z obnovitelných zdrojůů téměř tém 73%. Podíl obnovitelné energie na primárních energetických zdrojích v roce 2010 činil č 6,4 %. Dle směrnice rnice EU by Česká Č republika měla v roce 2020 pokrývat 13 % konečné spotřeby energie výrobou z OZE. (Bufka, 2011) 1,5% 1%
1,9%
0,3% Biomasa
3% 6,2%
Vodní elektrárny Kapalná biopaliva
8,2%
Bioplyn Biologicky rozl. odpady
8,4%
Fotovoltaické elektrárny
69,5%
Tepelná čerpadla Větrné elektrárny Solární termální systémy
Graf 12 Celková spotřeba spotř energie z obnovitelných zdrojů v ČRvv roce 2010 (Bufka, 2011)
Zdrojem
energetické
biomasy
v České eské
republice
je
př především
odpad
z dřevozpracujícího evozpracujícího průmyslu a z lesní těžby. Využívají se také vedlejší produkty
42
zemědělské produkce, jako obilní a řepková sláma a další odpadové stébelniny, případně i hmota z plantáží cíleně pěstovaných energetických rostlin. Tuhá biopaliva jsou nejčastěji využívána jako palivo ve stacionárních kotlích nebo výtopnách, ale mohou rovněž sloužit jako palivo i pro teplárny, produkující současně teplo i elektrickou energii, případně i pro technologie zplyňování či pyrolýzy. (Jakubes, Bellingová, Šváb, 2006) Tab. 7 Výroba elektřiny z biopaliv v roce 2010 (Bufka, 2011)
Hrubá výroba elektřiny (MWh) 641 839,9
Spotřeba paliva (t) 768 205,3
Celulózové výluhy
514 675,7
257 333,7
Rostlinné materiály
74 151,5
61 407,1
Pelety a brikety
241 215,4
149 593,8
Ostatní biomasa
20 217,0
16 629,0
1 492 099,5
1 253 168,9
Biopalivo Dřevní štěpka, odpad
Celkem
Tab. 8 Výroba tepla z biopaliv v roce 2010 (Bufka, 2011)
Biopalivo
Hrubá výroba tepla (GJ)
Spotřeba paliva (t)
Biomasa mimo domácnosti
16 065 796
–
379 931
36 505,8
Dřevní štěpka, odpad
8 147 677
983 789,8
Celulózové výluhy
6 739 651
873 910,5
Rostlinné materiály
483 304
44 897,5
Pelety a brikety
311 175
22 827,0
Ostatní biomasa
4 058
1 846,0
Biomasa domácnosti
30 670 484
–
Celkem
46 736 280
1 963 776,6
Palivové dřevo
43
2500000
2000000 Ostatní biomasa
tun paliva
1500000
Pelety a brikety Rostlinné materiály
1000000
Celulózové výluhy Dřevní štěpka, odpad
500000
Palivové dřevo
0 Výroba elektřiny
Výroba tepla
Graf 13 Průmyslová myslová spotřeba spotř biopaliv ve výrobě tepla a elektřiny iny za rok 2010 (dle Bufka, 2011)
Z energetických plodin má v České republice největší tší tradici řepka olejná, zdroj vhodný nejen k pohonu automobilů, ale i k vytápění (pelety),, dále pak šťovík, š lesknice či kostřava. Z energetických dřevin jsou pro české eské podmínky vhodné především topoly, vrby, olše a jasany. Poskytují dostatečně dostate rychlý růst st spojený s dobrou výhřevností. výh Prostor pro energetické lesy je však u nás omezen a tyto lesy tak představují př pouze doplňkové řešení ešení k rozšířenějšímu rozšíř pěstování energetických plodin. (www.nazeleno.cz) V roce 2010 bylo vyrobeno zhruba 145 tisíc tun dřevěných d pelet, let, z toho vývoz činil 111 tis. tun, dovoz přesáhl řesáhl 13 tis. tun. Tuzemská spotřeba se tak ak pohybuje ve výši cca 50 tis. tun. Ačkoliv mírně poklesla výroba a poklesl vývoz, z, vzrostla tuzemská spotřeba spot a to především edevším v sektoru domácností. Prakticky veškerá spotřeba spot rostlinných pelet (168 tis. tun)) je realizována v sektoru velké energetiky.. Pouze menší část je spotřebována ebována výrobními závody především p v sektoru zemědělství ě ělství a domácnostmi. domácnostmi Spotřeba dřevních řevních briket je ovlivněna ovlivn především edevším jejich prodejní cenou. Pro toto palivo je zde vysoká konkurence německých n uhelných briket. iket. Tuzemští výrobci jsou omezeni kapacitou a cenou vstupní suroviny. O produkci rostlinných briket se již několik let snaží řada výrobců, výrobc mnohdy malých soukromníků. ů. Jako vstupní surovina se dříve využíval šťovík, ťovík, konopí, dnes spíše sláma klasických obilnin obilnin a olejnin. Celkově Celkov je však tuzemská spotřeba, řeba, vzhledem ke konkurenčním konkuren dřevěným ěným briketám, v současné sou době nevýznamná a pravděpodobně pravdě nepřesáhla hodnotu 1 000 tun.
44
Průmyslově vyráběné papírové brikety se objevily zkušebně jako novinka na českém trhu v průběhu roku 2009. Spotřeba byla realizována zatím spíše u výrobců a v podnikových zdrojích. V maloobchodním prodeji pro domácnosti jsou nabízeny od jara 2010. Pro další rozvoj tohoto paliva bude hrát roli jeho cena, kvalitativní vlastnosti a legislativní prostředí. Lze však odhadovat, že dodávka na trh k distribuci maloodběratelům se zatím pohybuje v řádu nižších stovek tun. (Bufka, 2011) Tab. 9 Tuzemská spotřeba pelet a briket v ČR v roce 2010 (Bufka, 2011)
Biopalivo
4.3.2
Spotřeba (tis. t)
Dřevěné pelety
50
Rostlinné pelety
173
Dřevěné brikety
85
Rostlinné brikety
1
Papírové brikety
1
Energetické využití dříví v České republice
V České republice se jako palivo používá dříví VI. jakostní třídy. V roce 2010 se celkem vytěžilo 16,7 mil. plm dřeva bez kůry, z toho 1,96 mil. plm tvořilo palivové dříví. (Bufka, 2011)
V českých domácnostech se dřevem buď přitápí (spotřeba 5 – 10 PRM), nebo se používá k vytápění (15 – 25 PRM) anebo může sloužit společně s vytápěním i k ohřevu TUV (až 30 PRM). Spotřeba dřeva závisí na mnoha faktorech, jako je kvalita zateplení domu, oken, způsobu větrání a účinnosti zařízení na vytápění. (www.nazeleno.cz)
Kromě domácností se paliva na bázi dřeva využívají zejména pro centralizované zásobovaní teplem (CZT), které se v posledních letech hodně rozmáhá, ale také v menších, například dřevozpracujících podnicích. Pro CZT se využívá kotlů s vyšším výkonem (od cca 1MW) a z hlediska typu paliv na bázi dřeva jsou nejvíce využívány celulózové výluhy (889 tis. tun) a dřevní odpad, piliny, kůra, štěpka a zbytky po lesní těžbě (935 tis. tun). (Červinka, 2009)
45
Vedle výroby tepla se paliva na bázi dřeva využívají také k výrobě elektřiny či ke kombinované výrobě tepla a elektřiny. Jako paliva se používají zejména dřevní odpady, piliny a štěpka. Největším distributorem zabývajícím se výrobou elektřiny z biomasy je u nás společnost ČEZ. Tato společnost v České republice provozuje několik tepelných elektráren, v nichž spolu s biomasou spaluje hnědé uhlí. (www.nazeleno.cz) 4.3.3
Zařízení na spalování biomasy v České republice
V průmyslu, službách a systémech CZT se využívá přes 100 zdrojů na biomasu s výkonem nad 1 MW, dřevní odpady se spalují v dalších 35 kotelnách dřevozpracujícího průmyslu s výkonem 3 MW. Rozšířilo se také spoluspalování biomasy s fosilními palivy v konvenčních tepelných elektrárnách či teplárnách. (Jakubes, Bellingová, Šváb, 2006) Kotel VESKO-B (1 – 10 MW) určený pro průmyslové podniky, výtopny centrálního zásobování teplem, obecní výtopny aj., spaluje biomasu na přesuvném roštu, nad nímž vhodně tvarovaná klenba vyvozuje protiproudé uspořádání spalin, které napomáhá ke zkrácení doby vysušení paliva. Spodní část kotle tvoří ohniště se suvným šikmým roštem. Rošt je ovládán hydraulickým mechanismem a je chlazený pásmovaným primárním vzduchem. Kotel umožňuje spalovat i méně kvalitní dřevní hmoty vznikající při zpracování dřeva na pilách, těžení dřeva, pěstebních či úklidových prací v lese. Jedná se o směs pilin, odřezků, kůry, dřevní štěpky apod. (www.tts.cz)
Obr. 16 Kotel Vesko-B na spalování dřevní biomasy (www.tts.cz)
46
Kotelny středních výkonů (1 – 3 MW) dodává firma EVECO Brno. Typové schéma dodávaných technologií pro vytápění a ohřev TUV biomasou je na obr. 17.
Obr. 17 Schéma technologie vytápění a ohřevu TUV biomasou firmy EVECO Brno (www.evecobrno.cz)
V současné době je trendem domácností nahrazování starších teplovodních kotlů na tuhá paliva modernějšími zařízeními, především na dřevoplyn nebo automatickými kotli na pelety. Značná část domácností, po zateplení rodinného domu zjišťuje, že stávající zdroj je předimenzovaný a právě z tohoto důvodu je pravděpodobné, že více budou využívat dříve doplňkový zdroj vytápění – krbové vložky a kamna. V roce 2010 se prodalo přes 4800 automatických kotlů na pelety, což bylo zapříčiněno především možností dotace z programu Zelená úsporám. Jejich celkový počet však dosud není nijak vysoký, v domácnostech je pouze něco přes 11 tisíc kusů. (Bufka, 2011)
Automatický kotel na dřevní pelety, alternativní pelety a obilí VERNER A251 (obr. 18), s výkonem 25 kW a účinností 91 %, je vhodný pro ekologické vytápění rodinných domů, bytových jednotek a obdobných drobných objektů. Kotle zajišťují plně automatický provoz od dopravy paliva a jeho zapálení až po transport popela. Životnost kotlů je výrazně prodloužena řízeným spalováním na speciálním roštu. (www.kotleverner.cz)
47
Obr. 18 Automatický kotel na pelety VERNER A251 (www.kotle-verner.cz)
Zplynovací kotle na kusové dřevo (obr. 19) jsou vhodné pro ústřední vytápění a přípravu TUV rodinných domů nebo menších budov. Oproti automatickým kotlům na pelety nebo štěpku se zde jedná o kotle s nízkou pořizovací cenou, ovšem kompenzovanou nutností pravidelné obsluhy. Pro zplynovací kotle na kusové dřevo nebo brikety je vhodné veškeré palivové dříví, neopracované dřevo i dřevěné brikety a ostatní brikety z biomasy. V kotlích se systémem zplynování dřevního paliva se tvoří v zásobníku polen při nedokonalém hoření s omezeným přístupem primárního vzduchu spalný plyn, ke kterému se následně při průchodu tryskou přidává regulované množství sekundárního vzduchu. Směs prochází do dohořívací komory, kde dokonale prohoří. Nejrozšířenější a nejúčinnější koncepce zplynovacích kotlů je tvořena spodním odhoříváním paliva, existují však i starší kotle s horním odhoříváním nebo s postupným prohoříváním paliva. (Stumpavský, 2010)
Obr. 19 Zplynovací kotel na dřevo a dřevěné brikety ATMOS DC 24 RS (výkon 26 kW, účinnost 87 %) (www.atmos.cz)
48
5
VÝPOČET SPALNÉHO TEPLA (GCV), VÝHŘEVNOSTI (NCV) A CEN ENERGIÍ
5.1 Metodika Výpočet GCV a NCV byl proveden na základě prvkového složení biopaliv, dle vzorců uvedených v kapitolách 3.3.2 a 3.3.3. Chemické složení a vlhkost počítaných paliv jsou uvedeny v tab 9. Pro přepočet jednotek energií se vycházelo ze vztahu 1kWh = 3,6 MJ. Tab. 10 Chemické složení a relativní vlhkost paliv (a)Pastorek, Kára, Jevič, 2004;b)www.tzb-info.cz; c)www.afdc.energy.gov)
Palivo Tropické dříví (Eukalyptus)c) Dřevěné uhlí b) Smíšené paliv. dříví a) Pelety a brikety a) (jehličnaté) Dřevní štěpka a) Rašelina b)
5.1.1
C
H
S
N
O
Ash
Vlhkost
[%]
[%]
[%]
[%]
[%]
[%]
[%]
49,5
6,3
0,04
0,5
42
1,09
25
71
6
0
0,1
42
3
10
50,5
6,2
0
0,6
42,7
1
25
51
6,2
0
0,6
42,2
0,5
10
50,5
6,2
0
0,6
42,7
1
30
47
5
0,3
0,8
32
10
30
Výpočet GCV, NCV a cen energií v Nikaragui
Ceny palivového dříví a dřevěného uhlí jsou stanoveny Ministerstvem zemědělství a lesnictví. Cena palivového dříví je 650 NIO/t (519 CZK/t) a cena dřevěného uhlí 843 NIO/t (673 CZK/t). (Resortní smlouva, 2008) Převody měn byly stanoveny na základě kurzů ostatních měn ČNB (České národní banky) dne 29. 2. 2012. Tab. 11 Výpočet GCV, NCV a cen energií v Nikaragui
GCV
NCV
Cena energie
[MJ/kg]
[MJ/kg]
[CZK/kWh]
Dřevěné uhlí
27,45
23,28
0,1
Palivové dříví
20,33
13,66
0,14
Palivo
49
5.1.2
Výpočet GCV, NCV a cen energií ve Finsku
Průměrná cena palivového dříví ve Finsku za rok 2010/2011 činila 51,89 EUR/m3 (1289 CZK/m3, včetně DPH). (Finnish Statistical Yearbook of Forestry, 2011).
K přepočtu ceny za tunu palivového dřeva, sloužila průměrná hustota použitých dřevin (smrk, borovice, bříza) při 25% vlhkosti, 680 kg/m3. (www.tzb-info.cz) Tab. 12 Spotřebitelské ceny tepelné energie za rok 2010 (Statistics Finland: Energy prices, 2011)
Cena
Cena
[EUR/MWh]
[CZK/MWh]
Rašelina
12,83
318,7
Lesní štěpka
18,52
460
Dřevní pelety
54,70
1358,75
Palivo
Převody měn byly stanoveny na základě kurzů měn ČNB (České národní banky) dne 29. 2. 2012. Tab. 13 Výpočet GCV, NCV a cen energií ve Finsku
GCV
NCV
Cena energie
[MJ/kg]
[MJ/kg]
[CZK/kWh]
Rašelina
18,80
11,51
0,32
Lesní štěpka
20,49
12,69
0,46
Palivové dříví
20,49
13,77
0,5
Dřevní pelety
20,73
17,23
1,36
Palivo
5.1.3
Výpočet GCV, NCV a cen energií v České republice
Průměrná cena palivového dříví v ČR za rok 2010 činila 537 CZK/m3 (bez DPH) u jehličnatého paliva a 804 CZK/m3 (bez DPH) u listnatého paliva. (Zpráva o stavu lesa a lesního hospodářství České republiky v roce 2010)
Pro výpočet cen energií byly použity průměrné ceny uvedené na webových stránkách Ministerstva průmyslu a obchodu za rok 2010, kde byla cena palivového dříví 3070 CZK/t (včetně DPH), cena dřevěných pelet 4654 CZK/t (včetně DPH) a dřevěných briket 5140 CZK/t (včetně DPH). 50
Tab. 14 Výpočet Výpo GCV, NCV a cen energií v České republice
GCV
NCV
Cena energie
[MJ/kg]
[MJ/kg]
[CZK/kWh CZK/kWh]
Palivové dříví dř
20,49
13,77
0,8
Dřevní řevní pelety p
20,73
17,23
0,98
Dřevní řevní brikety b
20,73
17,23
1,09
Palivo
5.2 Souhrnné výsledky
30 25 Dřevěné uhlí
MJ/kg
20
Dřevěné pelety a brikety
15
Palivové dříví EU
10
Dřevní štěpka Palivové dříví LA
5
Rašelina
0 GCV NCV
Graf 14 Přehled vypočtených tených hodnot GCV a NCV daných paliv
1,36
1,4
1,09
1,2
0,98
CZK/kWh
1
Dřevní pelety 0,8
0,8
Palivové dříví 0,5
0,6 0,4 0,2
Dřevní brikety
0,46 0,32
Dřevěné uhlí Rašelina
0,14 0,1
Dřevní štěpka
0 Nikaragua
Finsko
Česká republika
Graf 15 Přehled cen energií v jednotlivých zemích
51
6
DISKUZE
6.1 Výsledky GCV a NCV Výpočet GCV a NCV byl proveden na základě prvkového složení biopaliv, dle vzorců uvedených v kapitolách 3.3.2 a 3.3.3.
Nejvyšší hodnoty výhřevnosti a spalného tepla byly spočítány u dřevěného uhlí, nejmenší pak u rašeliny. Paliva s nejnižším obsahem vlhkosti měla nejvyšší výhřevnost a naopak.
Spalné teplo palivového dříví evropských dřevin bylo o 0,16 MJ/kg vyšší než spalné teplo tropických dřevin (eukalyptu) a hodnota výhřevnosti je u evropských dřevin vyšší o 0,11 MJ/kg. Tyto rozdíly jdou dány vyšším obsahem uhlíku u evropských dřevin.
Výsledné hodnoty výhřevnosti palivového dříví při 25% vlhkosti (13,77 MJ/kg u evropských dřevin a 13,66 MJ/kg u tropických dřevin) jsou jen nepatrně vyšší než hodnoty uváděné v literatuře (13,23 MJ/kg dle Šnobl et al., 2004) a spadají do intervalu (12 – 15 MJ/kg) uvedeném v tab. 2.
Pastorek, Kára, Jevič (2004) uvádí hodnotu výhřevnosti dřevěného uhlí 27,2 MJ/kg, což se od hodnoty 23,28 MJ/kg liší o 3,92 MJ/kg. Autoři uvádí, že se jedná o průměrnou hodnotu výhřevnosti, tudíž jsou odchylky pravděpodobné. Použité vzorce pro výpočet GCV a NCV jsou spíše vhodné pro surovou biomasu. V případě dřevěného uhlí už se jedná o tepelně upravenou biomasu.
Spalné teplo dřevních pelet a briket z jehličnatého dřeva bylo 20,73 MJ/kg a jejich výhřevnost při 10% vlhkosti 17,23 MJ/kg. Van Loo, Koppejan (2010) uvádí hodnoty zjištěné kalorimetrickým měřením pro spalné teplo dřevních pelet 19,8 MJ/kg a výhřevnost při 10% vlhkosti 16,4 MJ/kg. Rozdíl spočítaných hodnot činí 0,93 MJ/kg u spalného tepla a 0,83 MJ/kg u výhřevnosti. Autoři neuvádí chemické složení měřených biopaliv. Stumpavský, Holý (2010) uvádí rozmezí výhřevnosti pelet 16 – 18 MJ/kg.
52
Spalné teplo dřevní štěpky bylo spočítáno na 20,49 MJ/kg a její výhřevnost při 30% vlhkosti na 12,69 MJ/kg. Podle Van Loo, Koppejan (2010) je spalné teplo pro dřevní štěpku 19,8 MJ/kg (to je o 0,69 MJ/kg méně než vypočtená hodnota) a výhřevnost při 30% vlhkosti 12,2 MJ/kg (o 0,49 MJ/kg méně než vypočtená hodnota). Šnobl et al. (2004) uvádí výhřevnost dřevní štěpky při 30% vlhkosti 12,18 MJ/kg.
Chromík (2004) uvádí pro výhřevnost surové rašeliny rozmezí 8 – 11 MJ/kg, uvedené rozmezí platí pro vlhkosti vyšší než 30 %, patrně proto je výsledná výhřevnost při 30% vlhkosti vyšší (11,51 MJ/kg). Chemické složení rašeliny Chromík neuvádí. Chemické složení rašeliny se v závislosti na nalezišti i vrstvě těžby může výrazně lišit. 6.2 Výsledky cen energií Při pohledu na ceny energií palivového dříví je zřejmé, že v absolutní hodnotě je tato cena nejlevnější v Nikaragui a nejdražší v České republice. Poměr cen za kWh je následující: – Finsko / Nikaragua = 0,5 / 0,14 = 3,6, – Česká republika / Nikaragua = 0,8 / 0,14 = 5,7, – Česká republika / Finsko = 0,8 / 0,5 = 1,6.
Ekonomická úroveň i hodnota peněz je v daných zemích odlišná. Jelikož nebylo možné dohledat průměrné mzdy všech zemí, byly pro znázornění hodnoty peněz použity roční hrubé domácí produkty v paritě kupní síly na obyvatele (HDP PPP) jednotlivých zemí. Pokud pro znázornění situace připustíme, že se roční hrubý domácí produkt v paritě kupní síly na obyvatele (HDP PPP) rovná disponibilnímu příjmu jedince, může si za tuto částku nakoupit následující množství MWh:
–
Nikaragua (HDP PPP = 3200 USD) 400 MWh,
–
Finsko (HDP PPP = 38 300 USD) 1 418 MWh,
–
Česká republika (HDP PPP = 25 900 USD) 602 MWh.
Převody měn byly stanoveny na základě kurzů měn ČNB (České národní banky) dne 29. 2. 2012 (18,479 CZK/USD).
53
Z výše uvedeného výpočtu vyplývá, že ačkoli má Nikaragua na první pohled nejlevnější cenu energie palivového dříví, v konečném důsledku, vzhledem k nízké ekonomické úrovni, je zde energie nejdražší.
Ze tří daných zemí má při srovnání s HDP PPP nejlevnější cenu energie palivového dříví ta nejvyspělejší a nejlesnatější – Finsko. Česká republika je na střední pozici. Dalo by se říci, že cena palivového dříví stoupá s klesajícím zásobou této suroviny, což je běžná situace na jakémkoliv trhu.
Obdobným výpočtem byla srovnána také cena energie pelet ve Finsku (1,36 CZK/kWh) a České republice (0,98 CZK/kWh). Výhodnější cena je opět ve Finsku, kde si Finové za danou cenu energie pelet pořídí více kWh než Češi za svou cenu energie pelet v České republice.
V Nikaragui je cena za kWh dřevěného uhlí (0,1 CZK/kWh) levnější než cena za kWh palivového dříví (0,14 CZK). Z toho vyplývá, že i když je v Nikaragui cena za tunu dřevěného uhlí vyšší než cena za tunu palivového dříví, je pro výrobu energie výhodnější dřevěné uhlí, jelikož má vyšší výhřevnost a v konečné fázi za 1 kWh zaplatíme v případě dřevěného uhlí méně.
Ve Finsku se jako nejlevnější energie ze čtyř počítaných surovin ukázaly být energie rašeliny (0,32 CZK/kWh) a lesní štěpky (0,46 CZK/kWh). Tyto suroviny jsou však vhodné spíše pro spalování ve velkých výtopnách, teplárnách a elektrárnách. Pro drobné spotřebitele je možné vzít v úvahu zbývající dvě: palivové dříví (0,5 CZK/kWh) a dřevní pelety (1,36 CZK/kWh). 60 % finských lesů je v soukromém vlastnictví a u domácností s vlastním lesem lze předpokládat, že dají přednost palivovému dříví z vlastních zásob.
V České republice je s cenou 0,8 CZK/kWh nejlevnější energie palivového dříví, o 0,18 CZK/kWh je dražší energie dřevních pelet (0,98 CZK/kWh) a nejvyšší cena byla vypočítána u energie dřevních briket (1,09 CZK/kWh).
54
Při rozhodování, zda k výrobě energie zvolit palivové dříví, brikety nebo pelety je vhodné vedle ceny paliv zohlednit ještě další kritéria, jako je dostupnost suroviny, účinnost spalovacího zařízení, jeho cena a komfort provozu.
Spalování pelet vyžaduje minimální údržbu a dohled, provoz kotle lze automatizovat, nicméně cena automatického kotle na pelety je i třikrát dražší než cena kotle na dřevo a dřevěné brikety, který je naproti tomu spojen s častější obsluhou.
55
7
ZÁVĚR Finsko má rozsáhlé lesní zdroje a dlouholetou tradici ve využívání dříví pro výrobu
energie. Je vedoucí zemí ve vývoji technologií spalování biomasy pro kombinovanou výrobu tepla a elektrické energie. V domácnostech, které vytápí dřevem, se ke spalování nejvíce využívají moderní kamna a krby. Mezi nejdůležitější zdroje biomasy ve Finsku patří dřevo a palivová rašelina. V posledních letech se zvyšuje podíl využívání lesní štěpky. Dále se využívají zbytky z lesnické výroby, sláma a celoroční energetické plodiny (chrastice rákosovitá). V roce 2010 bylo pro výrobu energie využito 8,38 mil. m3 dřeva a cena energie byla stanovena na 0,5 CZK/kWh.
V České republice se z biomasy využívá odpad z dřevozpracujícího průmyslu a z lesní těžby, vedlejší produkty ze zemědělství (řepková sláma, stébelniny), cíleně pěstované rostliny (šťovík, lesknice) a cíleně pěstované energetické dřeviny (topoly, vrby, olše). Poptávka po energetickém dříví vzhledem k vyšším cenám ostatních energií stále roste, stoupá také spotřeba dřevních pelet. V roce 2010 byla spotřeba palivového dříví v České republice 1,96 mil. m3 a cena energie za kWh byla spočítána na 0,8 CZK. V České republice jsou rozšířeny systémy CZT a rozmáhá se výměna starších teplovodních kotlů za modernější zařízení, především na dřevoplyn nebo automatické kotle na pelety.
V Nikaragui se vyrábí více než 50 % energie ze dřeva. Využívány jsou také rýžové slupky, bavlna, arašídy a bagasa z cukrové třtiny. Vysoká spotřeba palivového dříví (3,7 mil. m3/rok) zatím není udržitelná. Důvodem je nedostatek jiných dostupných zdrojů energie a také nízká účinnost zařízení ke spalování dřeva. Zavedení efektivnějších technologií spalování by snížilo spotřebu dřeva a zároveň množství škodlivých zplodin, které vznikají nedokonalým spalováním. Vedle dřeva je možné spalovat i jiné druhy biomasy a snižovat tak odlesňování. Velmi přínosné mohou být zemědělské plodiny jako maniok, tykev a cukrová třtina. Nikaragua má vhodné klima pro pěstování jatrophy, která se používá k výrobě bionafty. Pěstování alternativních paliv by pomohlo vytvořit levnou energii při udržitelném životním prostředí, a zároveň by mohlo vytvořit pracovní příležitosti pro obyvatele a přispět tak ke snížení chudoby a k posílení ekonomického rozvoje země.
56
Využívání produktů na bázi biomasy je jedním z nejdůležitějších prostředků při snižování emisí skleníkových plynů. Energie dřeva je považována za klimaticky neutrální
a
obnovitelný
zdroj
energie,
pokud
je
vyráběna
z udržitelně
obhospodařovaných zdrojů, paliva splňují náležité parametry a pokud je zajištěno efektivní spalování či zplyňování a minimalizace škodlivých emisí. Nejsmysluplnějšího využití dřeva je dosaženo tehdy, pokud je nejdříve zpracováno jako výrobek a po uplynutí jeho životního cyklu použito na výrobu energie.
Dílčím cílem této práce byl výpočet spalného tepla, výhřevnosti a cen energií vybraných biopaliv. Nejvyšší hodnoty výhřevnosti a spalného tepla byly vypočítány u dřevěného uhlí, nejmenší pak u rašeliny. Při výpočtu cen energie palivového dříví byla výsledná hodnota CZK/kWh nejnižší u Nikaraguy a nejvyšší v České republice. Při srovnání cen vzhledem k HDP PPP se však ukázalo, že energie dřeva je nejdražší v Nikaragui a nejlevnější ve Finsku. Souhrnné výsledky počítaných veličin jsou uvedeny v následující tab. 15. Tab. 15 Výsledné hodnoty GCV, NCV a cen energií v jednotlivých zemích
Stát
Nikaragua
Finsko
GCV
NVC
Cena energie
[MJ/kg]
[MJ/kg]
[CZK/KWh]
Dřevěné uhlí
27,45
23,28
0,1
Palivové dříví
20,33
13,66
0,14
Rašelina
18,80
11,51
0,32
Lesní štěpka
20,49
12,69
0,46
Palivové dříví
20,49
13,77
0,5
Dřevní pelety
20,51
17,03
1,36
Palivové dříví
20,49
13,77
0,8
Dřevní pelety
20,51
17,03
0,98
Dřevní brikety
20,51
17,03
1,09
Palivo
Česká republika
57
8
SUMMARY Finland has extensive forest resources and a long term tradition in the use of wood
for energy production. It is the leading country in developing technologies for biomass combined heat and power. For households that heat by wood it is the most common using of modern stoves and fireplaces for combustion. The most important sources of biomass in Finland include wood and fuel peat. In recent years, the share of using the forest chips grows. There are also used forest residues, straw and energy crops (Reed canary grass). 8,38 mill. m3 of fuel wood was used for energy production in 2010 and energy price was calculated on 0,5 CZK/kWh.
Czech production of biomass includes wood waste from forest industry and logging, agricultural by-products (rape straw), agricultural crops (oilseed rape, sorrel, reed-grass) and short rotation trees (poplar, willow, alder). The demand for wood energy is increasing because of higher prices of other types of energy. Consumption of wood pellets also grows. . The consumption of fuel wood in 2010 was 1,96 mill. m3 and the energy price was calculated on 0,8 CZK/kWh. In Czech Republic is expanding the district heating systems and replacement of the old boilers for modern equipment especially for wooden gas or automatic pellet boilers are going on.
In Nicaragua, wood makes up more than 50 % of primary energy consumption. There are also use rice hulls, cotton, peanuts and sugar cane. The high present consumption of fuel wood (3,7 mill. m3per year) is not sustainable. The reason for it is the lack of other available energy sources and low efficiency of combustion equipment. Introduction of more efficient combustion technologies would reduce the consumption of wood as well as the amount of harmful fumes. Other types of biomass can be burn instead of wood to reduce pressure on deforestation. Agricultural crops such as cassava, gourd and sugar cane can be very beneficial. Nicaragua has a suitable climate for growing such plants as jatropha which can be use as additive for biodiesel production. Cultivation of alternative fuels could produce a cheap energy for sustainable environment and also could create job opportunities for inhabitants and contribute to poverty reduction and strengthening the economic development of the country.
58
The use of biomass-based products is one of the most important means in reducing greenhouse gas emissions and climate changes. Wood energy is considered as a climate neutral and socially viable source of renewable energy, if the wood comes from sustainably managed resources, fuels has appropriate parameters and if it is ensured efficient incineration or gasification and minimizing emissions.
A partial goal of this thesis was the calculation of the gross calorific value, the net calorific value and energy prices of selected bio fuels. The highest values of the gross calorific value and the net calorific value were calculated for charcoal, the lowest for peat. The resulting value of energy price of fuel wood was the lowest in Nicaragua and the highest in the Czech Republic. The comparison of prices relating to GDP PPP showed that wood energy is the most expensive in Nicaragua and the cheapest in Finland. Summary results of calculated values are displayed in tab. 16. Tab. 16 The resulting values of GCV, NCV and energy prices in individual countries
Country
Nicaragua
Finland
Czech republic
GCV
NVC
Energy prices
[MJ/kg]
[MJ/kg]
[CZK/KWh]
Charcoal
27,45
23,28
0,1
Fuel wood
20,33
13,66
0,14
Peat
18,80
11,51
0,32
Forest chips
20,49
12,69
0,46
Fuel wood
20,49
13,77
0,5
Wood pellets
20,51
17,03
1,36
Fuelwood
20,49
13,77
0,8
Wood pellets
20,51
17,03
0,98
Wood briquettes
20,51
17,03
1,09
Fuel
59
9
SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A PŘEVODY JEDNOTEK
Ash
obsah popele
CIA
Central Intelligence Agency (Ústřední zpravodajská služba)
CZK
mezinárodní kód české koruny
CZT
centrální zásobování teplem
ČNB
Česká národní banka
ČR
Česká republika
DPH
daň z přidané hodnoty
EU
Evropská unie
EUR
mezinárodní kód eura
GCV
Gross Calorific Value (spalné teplo)
HDP PPP
hrubý domácí produkt v paritě kupní síly na obyvatele
LA
Latinská Amerika
NCV
Net Calorific Value (výhřevnost)
OZE
obnovitelné zdroje energie
PRM
prostorový metr
USD
mezinárodní kód dolaru
Předpony soustavy SI: k = kilo = 103, M = mega = 106, G = giga = 109, T = tera = 1012, P = peta = 1015 Přepočty jednotek energie: 1 J = 2,778 · 10−7 kWh 1 J = 1 Ws 1 kWh = 3 600 000 J = 3,6 MJ Tab. 17 Přepočtová tabulka jednotek objemu dřeva
Jednotka
Název
Plm
Plnometr
Prm
Prostorový metr
Prms
Prostorový metr sypaný
Přepočet
Význam Krychle o hraně 1 m vyplněná dřevem bez mezer
1 prm = 0,6 až 0,7 plm
1 prms = 0,4 plm
60
Krychle o hraně 1 m vyplněná polenovým dřevem s mezerami 1 m3 volně sypaného drobného nebo drceného dřeva
10 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY 10.1 Literatura CHROMÍK, Robert. Vytápění budov: technické zařízení budov - kompletní vydání. Brno: Art-Projekt, 2004, 295 s. ISBN 80-239-3447-3. MURTINGER, Karel a Jiří BERANOVSKÝ. Energie z biomasy. 2., aktualiz. vyd. Brno: ERA, 2008, 92 s. 21. století. ISBN 978-807-3661-151. PASTOREK, Zdeněk, Jaroslav KÁRA a Petr JEVIČ. Biomasa: obnovitelný zdroj energie. Praha: FCC Public, 2004, 286 s. ISBN 80-865-3406-5. ŠNOBL, Josef. Rostlinná výroba IV.: (chmel, len, konopí, využití biomasy k energetickým účelům). Vyd. 1. V Praze: Česká zemědělská univerzita, Agronomická fakulta, Katedra rostlinné výroby, 2004, 119 s. ISBN 80-213-1153-3. VAN LOO, Sjaak a Jaap KOPPEJAN. The handbook of biomass combustion and co firing. Washington, DC: Earthscan, 2010, 442 s. ISBN 9781849711043. 10.2 Normy ČSN EN 14588. Tuhá biopaliva: Terminologie, definice a popis. Česká republika: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2011. ČSN EN 14961-1. Tuhá biopaliva: Specifikace a třídy paliv - Část 1: Obecné požadavky. Česká republika: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2010. ČSN EN 14961-3. Tuhá biopaliva: Specifikace a třídy paliv - Část 3: Dřevní brikety pro maloodběratele. Česká republika: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2011. ČSN EN 14961-4. Tuhá biopaliva: Specifikace a třídy paliv - Část 4: Dřevní štěpka pro maloodběratele. Česká republika: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2011.
61
ČSN EN 14961-5. Tuhá biopaliva: Specifikace a třídy paliv - Část 5: Palivové dřevo pro maloodběratele. Česká republika: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2011. 10.3 Internetové zdroje BUFKA, Aleš. Brikety a pelety v roce 2010: Výsledky statistických zjišťování[online]. Česká republika: Ministerstvo průmyslu a obchodu, srpen 2011 [cit. 2012-03-31]. Dostupné z: http://www.mpo.cz/zprava89949.html BUFKA, Aleš. Ceny pevných paliv pro domácnosti: Výsledky statistických zjišťování k červnu 2011[online]. Česká republika: Ministerstvo průmyslu a obchodu, srpen 2011 [cit. 2012-03-28]. Dostupné z: http://www.mpo.cz/dokument89833.html BUFKA, Aleš. Malá spalovací zařízení na pevná paliva pro domácnosti: Výsledky statistických zjišťování pro rok 2010 [online]. Česká republika: Ministerstvo průmyslu a obchodu, listopad 2011 [cit. 2012-03-29]. Dostupné z: http://www.mpo.cz/dokument92531.html BUFKA, Aleš. Obnovitelné zdroje energie v roce 2010: Výsledky statistického zjišťování [online]. Česká republika: Ministerstvo průmyslu a obchodu ČR, 2011 [cit. 2012-03-27]. Dostupné z: http://www.mpo.cz/dokument91279.html BUFKA, Aleš. Primární energetické zdroje[online]. Ministerstvo průmyslu a obchodu sekce energetiky, 2011 [cit. 2012-03-27]. Dostupné z: http://www.mpo.cz/dokument57026.html CARNEIRO, Rogério. PROARCA/CAPAS. Estrategia de creación de sociaciones de reposición forestal en Nicaragua [online]. Managua, 2000 [cit. 2012-03-19]. Dostupné z: http://generator.citace.com/dokument/95bKfT3Z0vt8FNQT ČERVINKA, Petr. Využití biomasy v energetických výrobnách ČR. Brno, 2009. [online]. [cit. 2012-02-20]. Dostupné z: http://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php?file_id=17914. Bakalářská práce. Vysoké učení technické v Brně.
62
ENGRACIA, María. Uso Eficiente de la Lea: El caso ECOFOGON de Nicaragua [online]. Antigua, Guatemala, 2004 [cit. 2012-03-17]. Dostupné z: http://www.bioenergylists.org/files/Uso%20eficiente%20Biomasa%20ECOFOGON%2 Nicaragua.pdf HEINIMÖ, Jussi a Eija ALAKANGAS. Market of biomass fuels in Finland: IEA Bioenergy Task 40 and EUBIONET III - Country report of Finland 2009 [online]. Finland, 2009 [cit. 2012-03-18]. ISBN 978-952-214-809-4. Dostupné z: http://www.globalbioenergy.org/uploads/media/0908_IEA_Bioenergy__marketofbiomassfuelsinfinland.pdf HEINIMÖ, Jussi a Eija ALAKANGAS. Solid and Liquid Biofuels Markets in Finland a study on international biofuels trade: IEA Bioenergy Task 40 and EUBIONET II Country Report of Finland [online]. Finland, 2006 [cit. 2012-03-18].ISBN 952-214-192 Dostupné z: http://www.bioenergytrade.org/downloads/finlandcountryreport260406.pdf CHAVARRIA, Maria Raquel. Estado actual de la informacion sobre madera para energia. [online]. 2000[cit. 2012-02-28]. Dostupné z: http://www.fao.org/docrep/006/AD412S/AD412s07.htm JAKUBES, Jaroslav, Helena BELLINGOVÁ a Michal ŠVÁB. Moderní využití biomasy: Technologické a logistické možnosti[online]. Česká energetická agentura, 2006 [cit. 2012-03-27]. Dostupné z: http://www.mpo-efekt.cz/dokument/02.pdf KARPÍŠKOVÁ, Dana. Biomasa: Co je dobré vědět, než ji začneme spalovat.[online]. 2010[cit.2012-03-30]. ISSN 1803-4160. Dostupné z: http://www.nazeleno.cz/vytapeni/biomasa/biomasa-co-je-dobre-vedet-nez-ji-zacnemespalovat.aspx NOVÁK, Jan. Výhřevnosti a měrné jednotky palivového dřeva: Výhřevnost hlavních druhů palivového dřeva a objemová hmotnost. [online]. [cit. 2012-03-26]. Dostupné z: http://vytapeni.tzb-info.cz/tabulky-a-vypocty/12-vyhrevnosti-a-merne-jednotkypalivoveho-dreva PONCAROVÁ, Jana. Biomasa v České republice: kolik vyrábíme elektřiny? [online]. 2009[cit. 2012-03-30]. ISSN 1803-4160. Dostupné z: 63
http://www.nazeleno.cz/energie/biomasa-v-ceske-republice-kolik-vyrabimeelektriny.aspx RIEGER, Lukáš. Úprava biomasy pro energetické účely. Brno, 2009. [online]. [cit. 2012-02-20]. Dostupné z: http://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php?file_id=27784 Bakalářská práce. Vysoké učení technické v Brně. STUMPAVSKÝ, Vladimír. Brikety z biomasy - dřevěné, rostlinné, směsné brikety. [online]. 2010[cit. 2012-02-13]. ISSN 18012655. DOI: 1801-2655. Dostupné z: http://biom.cz/cz/odborne-clanky/brikety-z-biomasy-drevene-rostlinne-smesne-brikety TORVELAINEN, Jukka. Environmental influences of small-scale use of fuelwood in Finland: Preliminary life cycle observations [online]. Finland, 2010 [cit. 2012-03-15]. Dostupné z: http://www.bioenergypromotion.net/project/publications/environmentalinfluences-of-small-scale-use-of-fuelwood-in-finland-report Energy for sustainable development: Bioenergy in Finland. [online]. [cit. 2012-03-19]. Dostupné z: http://www.unep.org/GC/GCSS-IX/Documents/FINLAND-bioenergy.pdf Growing Power: Bioenergy Solutions from Finland[online]. Helsinky: Tekes, 2009 [cit. 2012-03-19]. Dostupné z: http://www.tekes.fi/en/community/Publications Metsätilastollinen: Finnish Statistical Yearbook of Forestry[online]. Sastamala: Vammalan Kirjapaino Oy, 2011 [cit. 2012-03-24]. ISSN 978-951-40-2330-9. Dostupné z: http://www.metla.fi/metinfo/tilasto/julkaisut/vsk/2011/vsk11_kokonaan_11.pdf Resultados del Inventario Nacional Forestal: Nicaragua 2007-2008/INAFOR [online]. Managua, 2009 [cit. 2012-03-18]. ISBN 978 99924-0-846-9. Dostupné z: http://www.inafor.gob.ni/inventario/Pdfs/Informe%20Final%20.pdf Statistics Finland: Energy prices[online]. Helsinki, 2011 [cit. 2012-03-22]. ISSN 1799800X. Dostupné z: http://tilastokeskus.fi/til/ehi/2011/04/ehi_2011_04_2012-0320_tie_001_en.html
64
Statistic Finland: Solid wood fuel consumption in heating and power plants in 2010. [online]. [cit.2012-03-24]. Dostupné z: http://www.forest.fi/smyforest/foresteng.nsf/0/AA7B0CC6CE7A06D6C2257991003FB 241/$FILE/G064_eng_12.pdf Statistiky: Počty obyvatel[online].2010 Ministerstvo vnitra České republiky, 1. 1. 2012 [cit. 2012-03-27]. Dostupné z: http://www.mvcr.cz/clanek/statistiky-pocty-obyvatel-vobcich.aspx Uso Eficiente de la Lea: El caso ECOFOGON de Nicaragua[online]. Nicaragua, 2004 [cit. 2012-03-17]. Dostupné z: http://www.bioenergylists.org/files/Uso%20eficiente%20Biomasa%20ECOFOGON%2 0Nicaragua.pdf Zpráva o stavu lesa a lesního hospodářství České republiky v roce 2010 [online]. Česká Republika: Ministerstvo zemědělství, 2011[cit. 2012-03-26]. ISBN 978-80-7084-995-8. Dostupné z: http://eagri.cz/public/web/mze/lesy/lesnictvi/zprava-o-stavu-lesa-alesniho/zprava-o-stavu-lesa-2010.html ATMOS. [online]. [cit. 2012-04-10]. Dostupné z: http://www.atmos.cz/czech/kotle-007zplynovaci-kotle-na-drevene-brikety Central Intelligence Agency: The World Factbook. [online]. [cit. 2012-02-28]. Dostupné z: https://www.cia.gov/library/publications/the-world-factbook/geos/nu.html
EVECO Brno. [online]. [cit. 2012-04-10]. Dostupné z: http://www.evecobrno.cz/uploads/Marketing/Brozury/Energie_z_biomasy.pdf Flickriwer. [online]. [cit. 2012-02-29]. Dostupné z: https://www.flickriver.com/places/Nicaragua/Jinotega/San+Sebasti%C3%A1n+de+Yal %C3%AD/recent/ Koesnoto widjaya blog. [online]. [cit. 2012-04-10]. Dostupné z: http://www.koesnotowidjaya.co.cc/2011/06/wartsila-biopower-plants.html
65
TTS Třebíč. [online]. [cit. 2012-04-10]. Dostupné z: http://www.tts.cz/cz/boilers/veskob.html TZB-Info: Dřevní peletky - standardní fytopalivo budoucnosti. [online]. [cit. 2012-046]. Dostupné z: http://www.tzb-info.cz/901-drevni-peletky-standardni-fytopalivobudoucnosti
TZB-Info: Výhřevnosti a měrné jednotky palivového dřeva. [online]. [cit. 2012-04-10]. Dostupné z: http://vytapeni.tzb-info.cz/tabulky-a-vypocty/12-vyhrevnosti-a-mernejednotky-palivoveho-dreva U.S. Department Of Energy: Biomass Program. [online]. [cit. 2012-04-7]. Dostupné z: http://www.afdc.energy.gov/biomass/progs/search3.cgi?31282 VERNER. [online]. [cit. 2012-04-10]. Dostupné z: http://www.kotle verner.cz/vyrobky/automaticke-kotle/verner-a251-verner-a251ls
66
11 PŘÍLOHY 11.1 Seznam grafů Graf 1 Závislost výhřevnosti na vlhkosti paliva ........................................................... 16 Graf 2 Produkce palivového dříví ve světě 2010 ........................................................... 22 Graf 3 Typy lesů v Nikaragui ........................................................................................ 24 Graf 4 Vlastnictví lesů v Nikaragui ............................................................................... 24 Graf 5 Primární zdroje energie v Nikaragui .................................................................. 25 Graf 6 Rozdělení finských dřevin v roce 2010 .............................................................. 33 Graf 7 Vlastnictví lesů ve Finsku 2009.......................................................................... 33 Graf 8 Celková spotřeba energie ve Finsku v roce 2010 ............................................... 34 Graf 9 Průměrná přepravní vzdálenost palivového dříví ............................................... 38 Graf 10 Druhové složení lesů ČR .................................................................................. 41 Graf 11 Vlastnictví lesů v ČR ........................................................................................ 42 Graf 12 Celková spotřeba energie z obnovitelných zdrojů v ČRv roce 2010 ............... 42 Graf 13 Průmyslová spotřeba biopaliv ve výrobě tepla a elektřiny za rok 2010 ........... 44 Graf 14 Přehled vypočtených hodnot GCV a NCV daných paliv ................................. 51 Graf 15 Přehled cen energií v jednotlivých zemích ....................................................... 51 11.2 Seznam tabulek Tab. 1 Výhřevnost a objemová hmotnost dřeva v závislosti na obsahu vlhkosti .......... 16 Tab. 2 Základní složení paliv a biopaliv ........................................................................ 17 Tab. 3 Seznam dřevin Nikaraguy využívaných jako palivo .......................................... 26 Tab. 4 Celková spotřeba energie biopaliv ve Finsku v roce 2010 ................................. 35 Tab. 5 Spotřeba dřeva ve Finsku 2010 ........................................................................... 36 Tab. 6 Spotřeba paliv na bázi dřeva v teplárnách a elektrárnách v roce 2010 ............... 37 Tab. 7 Výroba elektřiny z biopaliv v roce 2010............................................................. 43 Tab. 8 Výroba tepla z biopaliv v roce 2010 ................................................................... 43 Tab. 9 Tuzemská spotřeba pelet a briket v ČR v roce 2010 .......................................... 45 Tab. 10 Chemické složení a relativní vlhkost paliv ....................................................... 49 Tab. 11 Výpočet GCV, NCV a cen energií v Nikaragui ................................................ 49 Tab. 12 Spotřebitelské ceny tepelné energie za rok 2010 .............................................. 50 Tab. 13 Výpočet GCV, NCV a cen energií ve Finsku ................................................... 50 Tab. 14 Výpočet GCV, NCV a cen energií v České republice ...................................... 51 67
Tab. 15 Výsledné hodnoty GCV, NCV a cen energií v jednotlivých zemích ............... 57 Tab. 16 The resulting values of GCV, NCV and energy prices in individual countries 59 Tab. 17 Přepočtová tabulka jednotek objemu dřeva ...................................................... 60 11.3 Seznam obrázků Obr. 1 Palivové dřevo .................................................................................................... 12 Obr. 2 Dřevěné pelety (zleva: s kůrou, bez kůry) .......................................................... 12 Obr. 3 Dřevěné brikety .................................................................................................. 13 Obr. 4 Mapa Nikaraguy ................................................................................................. 23 Obr. 5 Tradiční kamna používaná na venkově .............................................................. 28 Obr. 6 Typy vylepšených kamen ................................................................................... 29 Obr. 7 Energeticky účinná kamna Ecofogón ................................................................. 29 Obr. 8 Schéma karbonizační jámy ................................................................................. 30 Obr. 9 Výstavba hráně uvnitř jámy s patrným otvorem pro přívod vzduchu ................ 30 Obr. 10 Proces karbonizace dřeva ................................................................................. 30 Obr. 11 Vyrobené dřevěné uhlí ...................................................................................... 31 Obr. 12 Výroba dřevěného uhlí v retortách ................................................................... 31 Obr. 13 Mapa Finska...................................................................................................... 32 Obr. 14 Schéma patentované technologie roštu BioGrate ............................................. 39 Obr. 15 Kotel na pelety InterFire IF20 Lambda (20kW) ............................................... 40 Obr. 16 Kotel Vesko-B na spalování dřevní biomasy ................................................... 46 Obr. 17 Schéma technologie vytápění a ohřevu TUV biomasou firmy EVECO Brno . 47 Obr. 18 Automatický kotel na pelety VERNER A251 .................................................. 48 Obr. 19 Zplynovací kotel na dřevo a dřevěné brikety ATMOS DC 24 RS ................... 48
68
