ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra Technických zařízení budov
Obnovitelné zdroje energie Budovy a energie doc. Ing. Michal Kabrhel, Ph.D. Pracovní materiály pro výuku předmětu.
1
Biomasa
2
1
Biomasa Biomasa je hmota organického původu (rostlinného i živočišného). Rostlinná biomasa (fytomasa) složena z vody, oxidu uhličitého ze vzduchu, malého procenta různých prvků z půdy a za existence fotosyntézy a slunečního záření o volné vlnové délce 0,38 až 0,79 mikronů: 6 CO2 + 6 H2O + energie + stopové prvky = C6H12O6 + 6 O2 Vytváří se cukry, škrob, lignin, bílkoviny, tuky, latexy, vláknina-celulóza a další látky.
Fotosyntéza - pomocí zeleného barviva (chlorofylu) je zachycována do org. sloučenin sluneční energie. Hlavní přínosy biomasy: • redukce skleníkových plynů • snížení závislosti na dovozu energie • regionální rozvoj 3
Biomasa • Způsoby získávání energie – Termo-chemicky (spalování)-problematika vlhkosti- např. dřevo za 1,5 roku w=20%, výhřevnost závisí na množství hořlaviny (organická část, směs hořlavých uhlovodíků). Spalování přímé nebo spalování vyrobených kapalných nebo plynných produktů (olej,..) C6H12O6 + 6 O2 = 6 CO2 + 6 H2O + energie + popel – Bio-chemicky (fermentace, alkoholové kvašení, anaerobní vyhnívání, metanové kvašení (bioplyn)) – Mechanicko-chemická přeměna (lisování olejů, štípání, drcení, lisování , peletování, výroba bionafty)
4
2
Biomasa • Pěstovaná k energetickým účelům – Lignocelolůzové • Dřeviny (vrba, olše), obiloviny • Travní porosty (sloní tráva) • Ostatní porosty (šťovík,..)
– Olejnaté (řepka, slunečnice) – Škrobo-cukernaté (brambory, kukuřice) •
Nutný dobrý ekonomický rozbor záměru.
5
Biomasa • Odpadní produkty – Rostlinné odpady - zemědělská prvovýroba (řepková sláma, sekaná tráva, sláma..) – Lesní odpady (dendromasa) - nevyužitá stromová hmota po lesní výrobě (větve, pařezy) – Organické odpady z průmyslové výroby (dřevařská výroba, cukrovary, mlékárny,..) – Odpady ze živočišné výroby (hnůj, kejda,..) – Komunální organické odpady (kal, komunální tuhý odpad)
6
3
Biomasa Rychle rostoucí rostliny Dřeviny (RRD)-výmladkové platáže využitelnost po 8 letech, životnost 15-20 let nejedná se o zemědělskou půdu, (cca 1h/1RD) topoly, vrby (ověřované jilm, olše) Byliny (energetické byliny) Jednoleté, víceleté, vytrvalé, nižší energetický zisk např. šťovík, sklizeň od 2 roku každý rok, životnost 10 let, cena energie cca 100 Kč/GJ Rostliny obsahující škrob a cukr výroba etanolu (brambory, kukuřice) Olejnaté rostliny výroba oleje, využití vedlejších produktů (řepka, slunečnice) 7
Biomasa Mechanicko-chemická přeměna Výroba paliv štípání, řezání-výroba možná i v malospotřebě drcení, lisování, peletování, štěpkování -nutné speciální stroje, jejichž pořízení se vyplatí pro větší zdroje tepla nebo pro prodej-centrální kotelny pro spalování biomasy s dálkovým rozvodem tepla Doprava paliva-manuální, automatická
8
4
Biomasa Palivo upravené do lépe využitelné podoby: (výroba paliva-cena energie-dostupnost)
štěpka -použití: kotle na kusové dřevo, interiérové kotle, krbová kamna, kotelny na automatické spalování biomasy
dřevo-použití: kotle na kusové dřevo, interiérové kotle, krbová kamna
dřevní brikety-použití: kotle na kusové dřevo, interiérové kotle, krbová kamna
piliny- kotle na kusové dřevo, kotelny na automatické spalování biomasy
pelety-slisované piliny a hobliny v podobě malých válečků. Umožňují automatizovat dopravu paliva do kotle. Výhřevnost do 18MJ/kg 9
• Pelety
Biomasa
použití: automatické kotle na obilí a pelety, kotelny na automatické spalování biomasy Pelety z řepky Pelety ze šťovíku Dřevní pelety s kůrou Dřevní pelety bez kůry
• Obilniny Použití: automatické kotle na obilí a pelety pšenice, oves, hořčice
10
5
Spalování biomasy
• přímé spalování
– ekonomické u produktů ze dřeva (polena, štěpka, brikety, pelety) a slámy – nutný nízký obsah vlhkosti – u slámy vysoký obsah létavých částeček
• zplyňování – přeměna pevných paliv v plynná paliva – teploty 500 až 1200 °C, způsob konverze ligninu (tvoří cca 25–30 % biomasy), kdy je objem hmoty redukován až o 90 %. Jako vstupní surovinu na výrobu syntetického plynu lze použít různé druhy obilovin, trávu, rychle rostoucí dřeviny (topoly, vrby). Nejlepší účinnosti zařízení se dosáhne, pokud je konstruováno speciálně pro daný druh paliva.
• pyrolýza – zužitkování tuhých odpadů
11
Biomasa • Velké zdroje Automatické kotle – umožňují spalovat i méně kvalitní paliva jako jsou dřevní štěpka, sláma, kůra. Kotle vhodné zejména pro CZT. Náklady na výstavbu zdroje tepla jsou investičně závislé na dostupnosti vhodného zázemí. Provozní náklady pak na dostupnosti paliva a případně nutnosti jeho dopravy.
2,7 MW Dešná Jidřichův Hradec 12
6
Bioplyn • Dříve bioplynové stanice spojeny především s ČOV • Kompostování zemědělského a komunálního odpadu • Oddělení frakcí-fermentor (ohřev na cca 40°C) bakterie rozkládají odpad-výroba bioplynu a hnojiva, odpad je nutné hygienizovat. • Hnojivo je ekologicky nezávadné, kvalitní. • Bioplyn dosahuje 70% výhřevnosti zemního plynu cca 21MJ/m3
www.ekolist.cz 13
Schéma bioplynové stanice
www.power-energo.cz 14
7
Skládkový plyn • Směs plynů vznikajících při mikrobiologickém rozkladu organických složek odpadu. • Skládky tuhých komunálních odpadů (TKO) – Nepříjemný zápach v okolí, možná exploze skládkového plynu – Skládkový plyn musí být odváděn a využíván – ČR cca 312kg TKO/os.rok cca 35% organického původu
15
8
