I.Ökoenergetikai és IX. Biomassza Konferencia Sopron, 2006. 03.02. A biomassza bázisú kapcsolt hő- és villamos energia termelés lehetősége a Soproni Fűtőerőműben Dr. Tóth Péter egyetemi docens Széchenyi István Egyetem Környezetmérnöki Tanszék
Motivációk a biomassza bázisú kapcsolt hő – és villamosenergia-termelés megvalósítására
Növekvő Kereslet
Csökkenő kínálat
(energiafogyasztás)
70% import Függőség (olaj+földgáz)
Fosszilis energiahordozók kiváltása megújuló energiaforrásokkal
Az energiatermelés lehetőségei biomasszából
A Soproni Fűtőerőmű jelenlegi hősémája
Soproni Fűtőerőmű energiatermelése
Soproni Fűtőerőmű energiatermelése
Soproni Fűtőerőmű energiatermelése Kiadott villamos energia Soproni Fűtőerőmű Kft.
3500000 3000000 2500000
kWh
2000000 1500000
1997. tény 1998. tény 1999. tény 2000. tény 2001. tény
1000000 500000
2002. tény 2003. tény
0 2004. tény
Jan. 2003. tény
Márc. 2002. tény
2001. Máj.tény
2004. tény 2000. tény 1999. tény 1998. tény 1997. tény Júl. Szept. Nov.
Soproni Fűtőerőmű energiatermelése
100000
90000
80000 1997. tény 70000 1998. tény 60000 1999. tény 50000
GJ
2000. tény 40000 2001. tény 30000 2002.tény 20000 2003.tény 10000 2004.tény 0 Jan.
Febr.
2004.tény
Márc.
2003.tény
Ápr.
2002.tény
Máj.
Jún.
2001. tény
Júl.
Auguszt.
Szept.
Okt.
Nov.
Dec.
Soproni Fűtőerőmű energiatermelése
KIADOTT VILL. ENERGIA, AZ EGYSÉGNYI KIADOTT VILLAMOS ENERGIÁHOZ TARTOZÓ TÜZELŐHŐ 1990 - 2004
9 600
18 000 000
9 000
16 000 000
8 400
14 000 000
7 800
12 000 000
7 200
10 000 000
6 600
8 000 000
6 000
6 000 000
5 400
4 000 000
4 800
2 000 000
4 200
0
1990.
1991.
1992.
1993.
1994.
1995.
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
KIADOTT VILL. EN.
16 619
17 501
14 850
15 539
14 088
15 562
17 983
16 665
15 184
14 208
14 025
15 031
13 948
14 767
11 137
KIAD.VILL. FAJLAGOS
8 149
8 149
8 148
7 500
7 329
7 081
5 950
6 019
5 229
5 094
5 125
5 170
5 307
5 357
5 693
3 600
KJ/KWh
kW / ÉV
20 000 000
Soproni Fűtőerőmű energiatermelése KIADOTT HŐ ÉS AZ EGYSÉGNYI KIADOTT HŐ ELŐÁLLÍTÁSÁHOZ TARTOZÓ TÜZELŐHŐ 1990 - 2004 1,7
600 000
1,6
500 000
1,5
400 000
1,4
300 000
1,3
200 000
1,2
100 000
1,1
KJ/KJ
GJ / ÉV
700 000
0 KIADOTT HŐ KIAD . HŐFAJLAGOS
1990.
1991.
1992.
1993.
1994.
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
646 848 663 446 553 738 558 283 511 844 534 040 592 401 566 597 539 227 529 751 495 036 509 728 482 196 491 321 300 946 1,404
1,408
1,365
1,283
1,279
1,217
1,201
1,198
1,172
1,174
1,174
1,175
1,199
1,234
1,452
1
A kapcsolt energia termelés energetikai jellemzői, korszerűsége
Megnevezés
Technológia jele
Kapcsolt energiatermelés
Mennyiségi hatásfok ηm
Fajlagos villamos energiatermelés б
Villamos hatásfok µE
Hőtermelés hatásfoka µQ
T1
0,897
0,086
0,0716
0,823
T2
0,91
0,079
0,066
0,843
T3
0,91
0,13
0,105
0,805
GM1
0,75
1,417
0,44
0,31
Soproni Fűtőerőmű károsanyag kibocsátása (2004)
Kibocsátás
SO2
NOX
CO
CO2
por
Tüzelő anyag
kg/év
kg/év
kg/év
t/év
kg/év
187,5
46,86
93,7
104,4
13,39
0
17 470,60
34 941,20
25 956,40
4 991,60
187,5
17 517,50
35 035
26 061
5 005
fűtőolaj 1,339 TJ földgáz 499,161 TJ)
Összesen:
A Soproni Fűtőerőmű fejlesztése biomassza bázison (vizsgált energetikai berendezések)
Kazán típusa
Füstcsöves
Füstcsöves
Hőhasznosító
Hőhasznosító
Vízcsöves
Vízcsöves
Füstcsöves
Füstcsöves
Füstcsöves
Kazán gyártója
JÄRN FORSEN
JÄRN FORSEN
Kablitz 415/R1-12S
Kablitz 415/R1-12S
Dotec
Dotec
WEISS DB8.000VR-HD
WEISS DB8.000VR-HD
Polytechnik
Tüzelés típusa
Rostély tüzelés
Rostély tüzelés
Rostély tüzelés
Rostély tüzelés
Örvény ágyas
Örvényágyas
előtéttüzelés
előtéttüzelés
Rostély tüzelés
Tüzelőanyag Mennyisége kg/h
4 250
3 850
4 150
3 720
3 490
3 260
3 800
3 686
3 710
Tüzelőanyag fűtőértéke kWh/kg
2,8
2,8
2,8
2,8
2,8
2,8
2,8
2,8
2,79
Tüzelőhő teljesítmény kW
11 900
10 780
11 620
10 416
9 772
9 128
10 640
10 321
10 351
Turbina gyártó és típus
KK&K TWIN CA 56
BVI Marc 1
KK&K TWIN CA 56
BVI Marc 1
KK&K TWIN CA 56
ETT
KK&K TWIN CA 56
TGM
Gőzmennyiség kg/h
13 219
11 933
12 600
11 250
11 440
11 940
11 988
11 500
11 150
Gőznyomás bar
26
26
27
27
60
27
27
27
Gőzhőmérséklet °C
415
415
420
450
420
420
450
450
A biomassza bázisú termelés gazdaságossági értékelése •
•
A gazdaságossági értékeléshez szükséges indikátorok számításához figyelembe vett adatok – Tüzelőanyag költségek Magyarországon • Ipari földgáz (2005. október 1.): 1 622 Ft/GJ • Faapríték (30% nedvességtartalom és 10 GJ/t fűtőérték): 7 500 – 10 000 Ft/t (750 – 1 000 Ft/GJ) Beruházási költségek – Fűtőerőmű beruházási költségek Ausztriában (Güssing) • 10 MWth és 2 MWel teljesítményű örvényágyas faelgázosítási technológiával és a fagázt kapcsolt hő és villamos energia termelésre felhasználó kogenerációs berendezés fajlagos beruházási költsége: 700 EUR/kW – Fűtőerőmű beruházási költségek Németországban (Fernwärme Ulm GmbH): • 58 Mth és 9,6 MWel teljesítményű rostélytüzelésű, gőzkörfolyamattal kiépített fűtőerőmű fajlagos beruházási költsége: 2200 EUR/kW (zöldmezős) – Fűtőmű beruházási költségek Magyarországon (Szombathelyi Távhőszolgáltató Kft.) • 7 MWth teljesítményű faapríték tüzelőanyagú hőszolgáltató berendezés beruházási költségei: • Kazán + gépészet: 288 000e Ft • Kazánház: 212 000e Ft • Összesen: 500 000e Ft (2 M EUR) • Fajlagos beruházási költség: 71 430 Ft/KW (286 EUR/kW)
A biomassza bázisú termelés gazdaságossági értékelése •
Hő és villamos energia termelési költségek illetve átvételi árak –
Hő és villamos energia átvételi árak Ausztriában (Güssing) • •
–
Hő és villamos energia átvételi árak Németországban (Fernwärme Ulm GmbH): • •
– –
•
Hőtermelés költsége: 1 072 Ft/GJ
A biomasszából kapcsoltan termelt villamos energia garantált átvételi árai a 78/2005 (X.7.) GKM rendelet szerint: • • • • •
•
Hőár: 4 cent /kWh (10 Ft/kWh) A termelt villamos energia garantált átvételi ára: 10,3 cent /kWh (27,75 Ft/kWh)
A hőtermelés költségei és a kapcsoltan biomasszából termelt villamos energia garantált átvételi ára Magyarországon A hőtermelés költsége a Szombathelyi Távhőszolgáltató Kft-nél üzemeltetett 7 MW hőteljesítményű biomassza kazánnál: •
–
Hőár: 4,57 cent /kWh (11,42 Ft/kWh) A termelt villamos energia garantált átvételi ára: 16 cent /kWh (40 Ft/lWh)
Csúcsidőszak: 26,12 Ft/kWh Völgyidőszak: 23,00 Ft/kWh Mélyvölgy időszak: 9,38 Ft/kWh A tervezhető átlagos napi átvételi ár: 22,46 Ft/kWh A tervezhető éves átlagár: 22,11 Ft/kWh
Az egyszerűsített gazdaságossági értékelést 1 db 10 MW hőteljesítményű gőzkazán (29 bar nyomás, 420 °C g őzhőmérséklet) beépítésére végeztük el. Az energiahatékonysági indikátorok számítása: – – – – – – – –
A biomassza kazán tervezett éves energiatermelése 3 500 óra csúcskihasználási idő esetén: 126 000 GJ A tervezett kazán hatásfoka: 89 % A hőtermelés tüzelőanyag szükséglete (30 % nedvességtartalom, 10 GJ/t fűtőérték): 14 157 t/év A tüzelőanyag (faapríték) beszerzési költése 10 000 Ft/t beszerzési árral számolva: 141 576e Ft/év. A kiváltott, megtakarított földgáz: 4 164 000 m3/év A kiváltott, megtakarított földgáz költsége: 229 636e Ft/év A tervezett biomassza kazán beruházási költsége 300 EUR/kW fajlagos értékkel számolva: Bi = 750 000e Ft (3 000 000 EUR)
A biomassza bázisú termelés gazdaságossági értékelése
420 °C
420 °C
800 °C 700 °C
850 – 1.100 °C
150 °C
quench cooler (150 – 170 °C )
cylones (efficiency 70 %)
injection of activated carbon + hydrated lime
stack
bag filter
(70m, < 160 °C)
(150 bis 170 °C)
Összegzés •
• • • • • • • • •
A Nyugat-dunántúli régió Területfejlesztési programja jövőképeinek egyik kulcseleme – többek között - az innováció fejlesztés és a környezet állapotának megőrzése. A program támogatja a megújuló energiaforrásokat használó gazdasági szervezeteket is. A környezet-gazdálkodási program a megújuló energiaforrások felhasználását sürgeti. Felmérések szerint [53] jelentős területeken létesíthetők energetikai faültetvények a Kisalföld egyes, jelenleg nem megfelelően hasznosított területein. A jövőben számolni kell az energetikai faültetvényekre alapozott energiatermelés (falufűtőművek, városi fűtőerőművek) fejlődésével. [76] A hőtermelő berendezések műszaki állapota miatt a fűtőerőműben a következő években jelentősebb fejlesztést, korszerűsítést kell végrehajtani. Vizsgálataink szerint a megújuló energiaforrásokra (faapríték) alapozott új gőzkörfolyamatok energetikai korszerűsége meghaladja a fűtőerőmű jelenlegi kapcsolt energiatermelést megvalósító gőzkörfolyamatainak energetikai korszerűségét. Amennyiben a biomassza tüzelőanyag ellátás hosszú távú – 10 évre szóló – szerződésekkel garantált áron megoldható, úgy a fűtőerőmű fejlesztése biomassza bázison is, javasolható. A fűtőerőmű rövidebb távú – 2010 –ig történő fejlesztésénél – 1 db 10 MWth teljesítményű biomassza tüzelőanyagú gőzkazán beruházásával és a meglévő fűtőturbinák megtartásával célszerű számolni. A fűtőerőmű hosszabb távú 2010 utáni fejlesztésére új biomassza tüzelőanyagú kazánokat, a gőzkörfolyamat korszerűsítését célszerű figyelembe venni. A korszerűsítésre javasolt típusokat a 7.5. táblázatban foglaltuk össze. Biomassza tüzelőanyag felhasználás esetén a szén-dioxid kibocsátás környezet semlegesnek tekinthető, melynek következtében mintegy 7 786 tonna/év szén-dioxid kvótacsökkentés érhető el. Ennek támogatása az EU direktíva szerint 19 MFt-ra tehető, mely a fejlesztést segítő pénzforrássá tehető. A biomassza tüzelésre való áttérés az EU pályázatokból támogatható, ugyanez a fosszilis tüzelőanyagok bázisán nem érhető el. Kommunális hulladékot csak szelektív gyűjtés után, a vonatkozó tüzelőanyag szabványoknak megfelelően előkészített formában 5 % részarányban lehet a faapríték tüzelőanyaghoz hozzákeverni. A K+F tanulmány elkészítése kapcsán Németországban, Ulmban, az ott üzemelő 2004 évben üzembe helyezett biomassza fűtőerőmű működését tanulmányoztuk. A fűtőerőmű néhány fontosabb technológiai elemét a mellékletben csatolt digitális képeken mutatjuk be.
Köszönöm a figyelmüket! Dr Tóth Péter SZE Környezetmérnöki Tanszék Tel: 96/613532 E-mail:
[email protected] Köszönetet mondok Zsirai Gyula úrnak a Soproni Fűtőerőmű Kft igazgatójának és Markó József igazgató úrnak.
