Elektrárny
Biomasa v energetice
Vývoj skladby hrubé výroby elektřiny
Indikativní cíl ve výrobě elektrické energie z OZE
Směrnice 2001/77/EC o podpoře OZE na trhu s elektřinou EU
procentuální podíly výroby el. na hrubé domácí spotřebě v každém členském státě v daném roce celkový cíl pro ES v roce 2010 ve výši 22,1 %
Zákon č. 180/2005 Sb. o podpoře OZE
definuje systém podpory výroby el. z OZE formou pevných výkupních cen garantuje výši výnosů z jednotky vyrobené elektrické energie po dobu 15 let ČR se zavázala ke splnění 13 % podílu elektřiny z OZE na hrubé domácí spotřebě v roce 2020
Závazné cíle podílu OZE na spotřebě energie
Vývoj výroby elektřiny z podporovaných OZE v ČR
Výroba el. z 2010
Průměrné doby využití jednotlivých OZE uvedených do provozu v roce 2012 podle novely vyhlášky ERU č. 475/2005 Sb.
Biomasa
hmota organického původu, takže se pod tímto pojmem zahrnuje veškerá živá příroda. v souvislosti s využíváním energetické biomasy se rozumí rostlinnou biomasou především dřevo a různorodý dřevní odpad, resp. jiné energetické rostliny vhodné pro spalování v různých topeništích, jako jsou zemědělské produkty a jejich zbytky nebo cíleně pěstované energetické rostliny. Biomasa je CO2 neutrální palivo – tzn. při racionálním využívání jsou emise tohoto hlavního skleníkového plynu rovny jeho spotřebě v nově narůstajících biomase; také emise ostatních znečišťujících prvků jsou při efektivním spalování standardizovaných biopaliv nižší než u nejčastěji požívaných fosilních paliv.
Základním producentem biomasy jsou rostliny, které jsou schopné využitím světelné energie zachycené v zeleném barvivu – chlorofylu – produkovat sacharidy a následně bílkoviny. Ty jsou základním „stavebním kamenem“ všech živých organismů – biomasy. Tato reakce je syntézou atmosférického CO2 a vody za pomoci energie slunečního záření (fotosyntéza). Teoreticky všechny formy biomasy je možno využít pro produkci energie, protože základním stavebním prvkem živé hmoty je uhlík a uhlíková vazba, která obsahuje energii.
Biomasa – tradiční energetický zdroj
České země mají poměrně dlouhou tradici využívání různých forem biomasy pro výrobu energie. Asi nejznámější byly dřevoplynové agregáty pro pohon automobilů za druhé světové války a těsně po ní (přikládala se polínka nebo dřevěné uhlí). největšího rozsahu nabylo u nás využívání biomasy pro energetické účely před nástupem spalovacích motorů do zemědělství (zkrmení tažnými zvířaty) existoval dotační program, který podporoval pěstování brambor pro výrobu lihu na Českomoravské vrchovině. Na trhu s kapalnými palivy se vyskytovalo několik směsí využívajících biolíh
Z hlediska vzniku 1. zbytková biomasa ze zemědělství • rostlinné sklizňové zbytky zemědělské prvovýroby, zejména sláma obilná a řepková • organické zbytky zemědělské výroby, zejména chlévská mrva • organické nebo rostlinné zbytky ze zpracovatelského průmyslu, zejména mlékárenského a potravinářského (např. rostlinné obaly olejnatých semen - slunečnice, tuky) 2. zbytková biomasa z lesnictví • těžební odpad z lesního hospodaření (např. z prořezávek, probírek, z mýtní těžby) • spalitelný odpad z pilařské výroby, dřevozpracujícího a papírenského průmyslu 3. Biomasa energetických plodin 1. generace • řepka a palma olejná, pšenice a kukuřice (olej, bioetanol) • žitovec (na pelety) 4. Biomasa energetických plodin 2. generace (tzv. ligno-celulózní plodiny) • dřeviny: např. topoly, vrby, eukalyptus • nedřevnaté rostliny: energetický šťovík, ozdobnice, proso dvojřadé aj.
Rychle rostoucí dřeviny jsou plantážovým způsobem pěstovány v celém světě, kde jsou pro to příznivé podmínky
v Brazílii, Jižní Africe, Uruguayi, Zimbabwe, Chile, Austrálii se pěstují plantážovým způsobem blahovičníky - eukalypty s výnosem až 40 m3.ha-1.rok-1 s dobou obmýtí 15 let. V Indonésii, Číně, Malajsii, Indii, Vietnamu, Filipínách a Thajsku se pěstují tropické akáty - akácie s výnosem 15 - 30 m3.ha-1.rok-1 s dobou obmýtí 7 až 10 let. Výnosů 15 až 18 m3.ha-1.rok-1 s dobou obmýtí 15 až 18 let dosahuje albízie a subtropická borovice. Rychle rostoucí topoly jsou pěstovány v Číně, Indii, Turecku a téměř v celé Evropě. Doba obmýtí je v zahraničí většinou uvažována v rozsahu 7 až 15 let. Ale energetický význam zde není prvotní - převládá význam produkční neenergetický. Především pro výrobu řeziva, konstrukčních částí budov, pro výrobu nábytku a jeho součástí, pro výrobu tepelně a zvukově izolačních desek, překližek a podobně.
Energii z biomasy získáme
termochemickou konverzí (tzv. suchým procesem), to znamená spalováním, zplynováním a pyrolýzou biochemickou konverzí (tzv. mokrým procesem), to znamená anaerobní fermentací, aerobní fermentací nebo alkoholovou fermentací fyzikálně-chemickou konverzí, (esterifikací bioolejů) Typ konverzie biomasy
Termochemická konverzia (suché procesy)
Biochemická konverzia (mokré procesy)
Fyzikálno-chemická konverzia
Spôsob konverzie biomasy
Energetický výstup
Odpadový materiál alebo druhotná surovina
spaľovanie
teplo viazané na nosič
Popoloviny
splyňovanie
generátorový plyn
Dechtový olej
pyrolýza
generátorový plyn
Uhlíkaté palivo
anaeróbna fermentácia
bioplyn
dechtový olej, pevné horľavé zvyšky
aeróbna fermentácia
teplo viazané na nosič
Fermentovaný substrát
alkoholová fermentácia
etanol, metanol
Vykvasený substrát
esterifikácia bioolejov
metylester biooleja
Glycerín
Elektrárny na biomasu
Biopaliva
Pevné Kapalné Plynné
primárna surovina
produkt a jeho vlastnosti
BIOMASA
BIOPALIVO výroba palív
oblasť použitia BIO-ENERGETIKA
premena na energiu
koncový odberat eľ
Spalování, zplyňování biomasy Ze suché biomasy se působením vysokých teplot uvolňují hořlavé plynné složky, tzv. dřevoplyn. Jestliže je přítomen vzduch, dojde k hoření, tj. jde o prosté spalování. Pokud jde o zahřívání bez přístupu vzduchu, odvádí se vzniklý dřevoplyn do spalovacího prostoru, kde se spaluje obdobně jako jiná plynná paliva. Část vzniklého tepla je použita na zplyňování další biomasy. Výhodou je snadná regulace výkonu, nižší emise, vyšší účinnost. Zařízení se zplyňováním biomasy se používají stále více. Biomasa je velmi složité palivo, protože podíl částí zplyňovaných při spalování je velmi vysoký (u dřeva je 70 %, u slámy 80 %). Vzniklé plyny mají různé spalovací teploty. Proto se také stává, že ve skutečnosti hoří jenom část paliva. Podmínkou dokonalého spalování je vysoká teplota, účinné směšování se vzduchem a dostatek prostoru pro to, aby všechny plyny dobře shořely a nestávalo se, že budou hořet až v komíně.
Výhřevnost biomasy kolísá podle druhu dřeva, rostliny a s vlhkostí, na kterou jsou tato paliva citlivější. Obsah energie v 1 kg dřeva s nulovým obsahem vody je asi 5,2 kWh. Při zbytkovém obsahu vody 20 % hmotnosti suchého dřeva, se při spalovacím procesu část energie spotřebuje na vypaření vody, bude energetickým obsah 4,3 - 4,5 kWh na 1 kg dřeva.
Výhřevnost
Spalovací zařízení biomasy •
•
•
biomasa (dřevní štěpka) se spaluje v klasických elektrárnách ve fluidních kotlích s cirkulací spalin spolu s energetickým uhlím. Pro průmyslové aplikace nebo systémy centrálního zásobování teplem se používají kotle nad 100 kW spalující také dřevní štěpku nebo balíky slámy. Často jsou vybaveny automatickým přikládáním paliva a dokáží spalovat i méně kvalitní a vlhčí biomasu. Někdy tato zařízení využívají kombinovanou výrobu tepla a elektřiny (kogenerace). kotle pro RD - palivo se nejprve zplyňuje a teprve potom se plyn spaluje. Takový systém umožňuje velmi dobrou regulaci srovnatelnou s plynovými kotli (polenové dříví, pilinové brikety, někdy v kombinaci se dřevní štěpkou nebo dřevním odpadem). dřevo se dále spaluje i v cihlových pecích, kachlových nebo kovových kamnech.
Elektrárny na biomasu
Rozbor rizik
Bioplyn vzniká při rozkladu organických látek (hnůj, zelené rostliny, kal z čističek) v uzavřených nádržích bez přístupu kyslíku. Ze zemědělských odpadů se v největší míře energeticky využívá kejda, případně i slamnatý hnůj, sláma, zbytky travin, stonky kukuřice, bramborová nať a další. Tímto způsobem je možné zpracovávat také slámu, piliny a jiný odpad, proces je však pomalejší. V bioplynovém zařízení se biomasa zahřívá na provozní teplotu ve vzduchotěsném reaktoru. Obvyklá teplota je pro mezofilní bakterie 37 až 43 °C, pro termofilní 50 až 60 °C. Princip vyvíjení bioplynu je velmi jednoduchý, protože je však nutné dodržovat bezpečnostní normy, zařízení se stávají složitými a tudíž dražšími.
Fermentace biomasy Fermentací roztoků cukrů je možné vyprodukovat ethanol (ethylalkohol). Vhodnými materiály jsou cukrová řepa, obilí, kukuřice, ovoce nebo brambory. Cukry mohou být vyrobeny i ze zeleniny nebo celulózy. Teoreticky lze z 1 kg cukru získat 0,65 l čistého ethanolu, který je vysoce hodnotným kapalným palivem pro spalovací motory (přednost - ekologická čistota a antidetonační vlastnosti, nedostatek - schopnost vázat vodu a působit korozi motoru. V USA probíhají výzkumy výroby ethanolu z celulózy pomocí speciálně vyšlechtěných mikroorganismů. Ethanol lze pak získat ze dřeva nebo trávy.
Spalování rostlinné biomasy •
• • • •
vedlejší produkty polních plodin (sláma obilnin, kukuřice na zrno, slunečnice, pšenice ozimá, žito ozimé, triticale řepka aj.) výkonné druhy trav pro spalování biomasy (psineček velký, ovsík vyvýšený, kostřava rákosovitá) celá nadzemní biomasa – především obilnin (konopí, čirok, proso, koriandr, chrastici rákosovitou) jednoleté energetické rostliny rychle rostoucí druhy dřevin (RRD) na zemědělské půdě křídlatka bohemica
kostřava rákosovitá
Energetické rostliny
jejichž produkce suché biomasy činí minimálně 12 t/ha, z hlediska ekonomického je však nutné, aby produkce suché biomasy těchto rostlin činila alespoň 15 tun z ha
Jednoleté energetické rostliny konopí seté, čirok zrnový, čirok Hyso a súdánská tráva, žito svatojánské, krmný sléz, lesknici kanárskou, komonice bílou aj.
Vytrvalé energetické rostliny zdobnice čínská, lesknice (chrastice) rákosovitá, čičorku pestrou, jestřabinu východní, křídlatka česká, šťovík krmný Uteuša
Rychle rostoucí dřeviny
od 70. let minulého století se v západní Evropě pokusně ověřovalo více než 25 druhů dřevin pro produkci dřevní biomasy. pro naše podmínky se jeví jako nejvýhodnější vrby (10 odrůd) a topoly (10 klonů).
Hrubá výroba elektřiny z biomasy v 2010
Více jak polovina vyrobené elektrické energie z biomasy (57 %) byla dodána do sítě, zbytek byl vykázán jako vlastní spotřeba podniku (vč. ztrát). Podíl biomasy na zelené elektřině přesáhl 25 %. instalovaný výkon zdrojů na biomasu činí přes 1600 megawattů a je druhý nejvyšší z OZE.
nepřímá formy podpory novela Zákona č. 86/2002 Sb., o ochraně ovzduší, která stanovuje povinnost přimíchávání biosložek do fosilních paliv U benzínu tak od roku 2008 musí být minimálně 2,0 % objemu tvořena biosložkou (bioetanolem), od roku 2009 pak tento podíl vzroste na 3,5 %. U motorové nafty, od 1. 9. 2007 musí být minimálně 2,0 % z celkového objemu prodané motorové nafty tvořena biosložkou (MEŘO- metylester řepkového oleje), od roku 2009 se podíl dále navýší až na 4,5 %.
podpora zpracování biomasy (Program rozvoje venkova pro období let 2007 – 2013) zemědělské podniky mohou získat 35 – 60 % finančních prostředků potřebných na výstavbu či instalaci zařízení pro zpracování energetické biomasy, přičemž 75 % finanční podpory je hrazeno ze zdrojů EU 25 % pak z národních zdrojů ČR (investice do zařízení: pletárny, briketárny, kolte na biomasu, bioplynové stanice, kogenerační jednotky či další podobné technologické celky využívající primárně biomasu).
Minimální výkupní cena je dána:
Cenové rozhodnutí Energetického regulačního úřadu č. x/20xx ze dne xxxx, kterým se stanovuje podpora pro výrobu elektřiny z obnovitelných zdrojů energie, kombinované výroby elektřiny a tepla a druhotných energetických zdrojů Výkupní ceny pro bioplynové stanice a výrobny využívající biomasu ponechány pro rok 2012 na úrovni roku 2011.
Minimální výkupní cena
