VÝROBA TEPLA Z BIOMASY PRE VYBRANÝ OBJEKT

Všetky dostupné energetické zdroje sa využívajú k výrobe elektrickej a tepelnej energie. Druh paliva, ktoré sa používa k výrobe energie veľmi závisí na prírodných zdrojoch. Najvýznamnejším zdrojom energie sú ešte stále fosílne palivá. No ich spaľovaním dochádza k značnému dopadu na životné prostredie. Spaľovací proces vedie k produkcii zvyškových produktov a v neposlednom rade k tvorbe emisií do ovzdušia, vody a pôdy. Je preto nevyhnutné hľadať alternatívne zdroje energie akým je aj biomasa.

 

Premena biomasy na biopalivo môže byť realizovaná okrem iných konverzných technológií buď spaľovaním alebo splyňovaním. Kým spaľovanie biomasy je najpriamejšou a technicky najjednoduchší proces, celková účinnosť pri výrobe elektriny z biomasy je nízka. Splyňovanie má veľa výhod oproti spaľovaniu. Je možné použiť nízko hodnotné suroviny a premeniť ich nie len na elektrinu, ale tiež na dopravné palivá [1].

 

Stručná charakteristika výskumu

Výskumom sa zaoberá projekt s názvom „VUKONZE“ (Centrum výskumu účinnosti integrácie kombinovaných systémov obnoviteľných zdrojov energií), v ktorom je zapojených dvanásť výskumných a vývojových pracovísk zo šiestich fakúlt Technickej univerzity v Košiciach, ale aj Ústav materiálového výskumu Slovenskej akadémie vied v Košiciach.

 

Prioritným poslaním centra je [2, 3]:

1.   Výskum efektívnosti a interoperability komponentov a technológií obnoviteľných zdrojov energií

2.   Vývoj účinnosti integrovaných viacvalentných obnoviteľných energetických systémov podľa potrieb a požiadaviek spotrebiteľa

3.   Informačný a znalostný portál pre komplexnú podporu riadenia a zabezpečenia systému kvality centra VUKONZE.

 

V projekte bolo realizovaných týchto trinásť aktivít [2, 3]:

  • Technológie pre energetické využitie biomasy
  • Získavanie a využívanie slnečnej energie
  • Technológie pre využitie vodíka ako alternatívneho paliva budúcnosti
  • Optimalizácia využitia geotermálnych zdrojov z malých a veľkých hĺbok
  • Selektované materiály a technológie pre obnoviteľné zdroje energií
  • Vodíkové batérie ako alternatívny zdroj energií
  • Výskum a vývoj účinných integrácií obnoviteľných energetických zdrojov
  • Model spotrebiteľa – inteligentná nízko energetická budova
  • Inteligentné riadenie výroby a spotreby elektriny z obnoviteľných energetických zdrojov
  • Viacvalentné laboratórium pre optimalizáciu a využitie obnoviteľných zdrojov energií
  • Výskum integrovanej podpory riadenia životného cyklu rizík pre obnoviteľné zdroje energií
  • Informačné a komunikačné zabezpečenie riadenia aktivít centra VUKONZE
  • Systém monitorovania a riadenia technológií a experimentov v laboratóriách.

 

Energia získavaná z jednotlivých výskumných aktivít je sústreďovaná do spoločných akumulačných nádrží v ktorých sa uchováva nahromadená tepelná energia. Zdroje využívané pre produkciu tepla a chladu pre jednotlivé výskumné aktivity sú nasledovné [2, 3, 4, 5, 6]:

  • solárne teplovodné kolektory
  • studne vŕtané
  • tepelné čerpadlá: voda/voda, vzduch/voda, vzduch/vzduch
  • klimafasáda
  • zemný vodný kolektor
  • zemný vzduchový kolektor
  • kogeneračná jednotka
  • kotol – spaľovanie drevného plynu

 

Technológie pre energetické využitie biomasy

Operačný program „Konkurencie schopnosť a hospodársky rast“ podporuje efektívne využívanie energie v oblasti využívania obnoviteľných zdrojov, vrátane zvýšenia využitia regionálne dostupných energetických zdrojov. Projekt je v súlade s cieľmi programu. Predmetom aktivity „Technológie pre energetické využitie biomasy“ tohto projektu je výskum v oblasti využívania obnoviteľných zdrojov energie, t. j. biomasy formou decentralizovaného zdroja nízkeho výkonu.

 

Aktivita je zameraná na energetické využitie tuhej biomasy. Jedná sa o decentralizovaný kogeneračný zdroj nízkeho výkonu, produkujúci elektrickú energiu a teplo. Splyňovaním tuhej biomasy, hlavne odpadovej drevnej hmoty vo forme štiepky, sa dosiahne transformácia tuhej horľaviny biomasy na plynné palivo – drevný plyn, ktorý je následne možné využiť v systéme kombinovanej výroby elektriny a tepla. Splyňovanie tuhej biomasy prebieha v protiprúdnom splyňovači, v nehybnej vrstve. Technologická schéma kogeneračného zariadenia nízkeho výkonu na tuhú biomasu sa nachádza na obrázku Obr. 1.

 

aktivity

Obr. 1  Schéma kogeneračného zariadenia nízkeho výkonu na tuhú biomasu [1]

 

Drevná hmota zo zásobníka vstupuje do splyňovača, v ktorom dochádza k termochemickej premene. Potrebná tepelná energia pre splyňovanie je dodávaná čiastočným spálením dreva. Produktom splyňovania atmosférickým vzduchom je drevný plyn, ktorého hlavnými horľavými zložkami sú: vodík, oxid uhoľnatý, metán a iné nehorľavé produkty. Celý proces prebieha pri čiastočnej oxidácii tuhej biomasy v redukčnej oblasti. Vyprodukovaný plyn má nízku výhrevnosť cca 4 až 5 [MJ.m-3]. Vyrobený drevný plyn sa spaľuje buď v spaľovacej komore s výmenníkom tepla, alebo v kogeneračnom zdroji – v tepelnom motore pri výrobe tepla a elektriny. Tepelný výkon spaľovacej komory je 75 kWt. Predpokladaný elektrický výkon kogeneračného zariadenia je 35 kWe.

 

Prepojenosť lokálneho laboratória s centrálnym laboratóriom bude spočívať v dodávke teplej vody z kogeneračnej jednotky, resp. spaľovacej komory s výmenníkom tepla spaľujúcej drevný plyn do zásobníkov centrálneho laboratória, ako aj vyrábať elektrickú energiu v čase prevádzkovania zariadenia. Tepelný zdroj z biomasy bude tak poskytovaný pre výskum kombinácie efektívneho využitia obnoviteľných zdrojov energie pre dodávku tepla podľa požiadaviek a možností centrálneho laboratória.

 

Záver

Využívanie biomasy na výrobu tepla a elektrickej energie je veľmi populárne. Biomasa a jej produkty sa radia medzi obnoviteľné zdroje energie, ktorých využívanie aktívne podporuje nielen Európska únia ale aj Slovensko. Jednotlivé členské štáty Európskej únie podporujú využívanie energie z obnoviteľných zdrojov prostredníctvom rôznych operačných programov a projektov [1]. Jedným z nich je spomínaný projekt „Centrum výskumu účinnosti integrácie kombinovaných systémov obnoviteľných zdrojov energií“, ktorého cieľom bude aj stanoviť efektívne využitie a vzájomné prepojenie jednotlivých obnoviteľných zdrojov energie v procese výroby a dodávky tepla do vybraného objektu - centrálneho laboratória.

 

doc. Ing. Ladislav Lukáč, PhD., Technická univerzita v Košiciach, Hutnícka fakulta, Ústav metalurgie,
Oddelenie tepelnej techniky a plynárenstva, Letná 9, 042 00 Košice, e-mail: ladislav.lukac@tuke.sk

 

Recenzoval: doc. Ing. Peter Kapalo, PhD., Ing. Peter Lukáč, PhD.

 

Literatúra:

[1]    Kočanová, S.: Štúdium tvorby emisií procesu splyňovania biomasy a spaľovania drevného plynu. Písomná práca k dizertačnej skúške, TU v Košiciach, 2013

[2]    Vranay F.: Výstavba laboratórií na TU v Košiciach – VUKONZE / 2014. In: Plynár – Vodár – Kúrenár + Klimatizácia. Roč. 12, č. 1 (2014), s. 42 – 46. ISSN 1335-9614

[3]    Zborník príspevkov z konferencie. Riadenie technológií a experimentov v laboratóriách Centra VUKONZE, Košice, 18. február 2014. ISBN 978-80-553-1657-4

[4]    Kušnír, M., Vranay F., et al.: The effective use of renewable energy sources in office building. 2014. In: Environmental Engineering 2014: the 9th International Conference: selected papers: May 22 – 23, 2014, Vilnius, Lithuania – Vilnius: Gediminas Technical University, 2014 P. 1 – 8. ISBN 978-609-457-640-9 – ISSN 2029-7092

[5]    Kušnír, M., Vranay F., et al.: Synergia progresívnych sústav techniky prostredia a obnoviteľných zdrojov energií / 1. vyd. – Košice: TU – 2013. – 116 s. ISBN 978-80-553-1506-5.

[6]    Košičanová, D., Kapalo, P.: The design concept of the technology environment for the purpose of research, integration of renewable energy sources/2012. – 1 electronic optical disc (CD-ROM). In: SGEM 2012: 12th International Multidisciplinary Scientific GeoConference: Conference Proceedings: Volume 4: 17 – 23 June, 2012, Albena, Bulgaria. – Sofia STEF92 Technology Ltd., 2012. P. 611-616. ISSN 1314-2704

[7]    Lukáč, P., Horbaj, P.: Spaľovanie drevnej štiepky v kotolni mesta Dobšiná. Plynár – Vodár – Kúrenár, Leto 2007, s. 12 – 14. ISSN 1335 – 9614