Elektřina z odpadů a biomasy

 

Evropský klimatický plán předpokládá, že bude 20% energie vyrobeno z obnovitelných zdrojů a emise skleníkových plynů budou sníženy o 20%.

Mezi různými zdroji primárních obnovitelných energií mají podle údajů Eurostatu odpad a biomasa vzhledem k poměrně nízkým výrobním nákladům na MWh nejvyšší potenciál.

Avšak stávající technologie (kotle na biomasu, spalovny odpadů, anaerobní digestoře) nejsou dostatečně účinné, jsou investičně náročné a mají negativní vliv na životní prostředí, proto se hledají technologie, které budou splňovat následující požadavky:

-odpad by měl být dopravován z místa sběru na místo zpracování s co nejnižšími dopravními náklady

-zařízení bude mít omezenou velikost a hezký design

-nebude vypouštět škodlivé emise a bude mít co nejnižší emise skleníkových plynů (požadavky na regulaci)

-nebude tvořit neodstranitelné zbytky nebo se zajistí jejich bezpečné ukládání

-bude mít vysokou energetickou účinnost

Elektrárny založené na principech zplynování splňují všechny tyto požadavky.

Zplynování

Zplynování je termální reakce, kde je palivo ohřáto v poměrně malých pecích v atmosféře s nízkým obsahem kyslíku. Organický odpad neshoří, protože zde není dostatek kyslíku, ale je rozložen na jednoduché elementy CO a H2 nazývané “bio-syngas”. Bio-syngas svým chemickým složením ideálně zachovává veškerou energii původního paliva.

Tento bio-syngas je poté spálen v plynovém motoru na výrobu elektrické energie. Teplo syngasu se obyčejně využívá na sušení vstupujícího odpadu a na udržení zplynovací reakce. Zbývající pára/teplo může být prodáno nebo se může zužitkovat v parní turbíně.

Zplynování je ověřená technologie, která se hojně využívala v 19. a 20. století na výrobu plynu z uhlí pro domácnosti a průmysl než byl zaveden zemní plyn.

V kontextu současného energetického zhodnocování se nabízí možnost znovuzavedení tohoto procesu a jeho aplikace na odpad a heterogenní biomasu s důrazem na následující:

-surovina musí být připravena tak, aby obsahovala co nejstabilnější a homogenní palivo

-zplynovací reaktor musí mít dostatečně široké spektrum ,aby akceptoval odchylky v parametrech paliva

-bio-syngas musí být očištěn od dehtu a kontaminantů z odpadů, které musí být odstraněny než se plyn použije v motorech.

Řešení v elektrárně na zplynování paliva

Popis procesu

Technologie elektrárny je založena na spojení ověřeného procesu zplynování s moderní technologií plasmových hořáků.

Na základě 15ti-leté zkušenosti s průmyslovou plasmou byl vyvinut robustní a efektivní zplynovací proces zintenzivněný plazmou. Tento proces je výsledkem důmyslného seskupení jednotlivých modulů, které jsou níže popsány:

Proces v elektrárně se skládá z následujících kroků:

– Příprava paliva z odpadů: odpad a biomasa jsou rozemlety a roztříděny, čímž vznikne hodnotné palivo

– Výroba plynu z paliva:

-zplynováním vzniká surový syngas a inertní popel k recyklaci

-syngas je při 1200 stupních Celsia očištěn plasmou

-vzniklé teplo je přes výměník využíváno při zplynování nebo ve formě páry v parní turbíně

-čištěním syngasu získáme průmyslový plyn, který se využívá v plynových motorech na výrobu elektrické energie

Výroba paliva z odpadů zahrnuje přípravu odpadů, recyklaci a skladování. Ze suroviny vzniká hodnotné palivo.

Tento proces je v elektrárně optimalizován tak, aby se získalo co nejvíce energie. Optimalizace zahrnuje přeměnu surového odpadu a biomasy na hodnotné palivo, které umožňuje vysokou efektivnost dalších procesů.

Technologie elektrárny umožňuje používat jakékoli palivo vyrobené z NE-nebezpečných odpadů a z biomasy.

Po prvotní vizuální kontrole je vstupující odpad rozdrcen, větší inertní časti jsou vyseparovány, železo a neželezné kovy jsou vytříděny pro recyklaci. V případě, že odpad je příliš vlhký, je vysušen pomocí tepla z procesu.

Přeměna odpadu na palivo je základní krok pro celkovou energetickou účinnost elektrárny, protože umožnuje překonat rozdíl mezi odpadem a požadavkem na palivo pro proces výroby elektrické energie.

 

Přeměna paliva na plyn zahrnuje zplynování paliva, čištění syngasu a využití tepla. Zde je palivo přeměněno na průmyslový plyn.

Palivo je dodáno do 2-stupňového zplynovacího zařízení. Nejdříve je sušeno při 200 °C a potom je při 650 °C přeměněno na plyn.

Surový syntetický plyn se skládá hlavně z kysličníku uhelnatého a vodíku, ale je doprovázen poměrně vysokým obsahem složek tvořících dehet – komplex komponentů HC. Tento dehet znemožňuje, aby se syngas používal v plynových motorech, protože by se zanesly a zastavily už po několika hodinách provozu. Proto je nezbytné dehet ze syntetického plynu odstranit. Na druhou stranu dehet představuje poměrně vysoký energetický potenciál a jeho odstraněním by se snížila výhřevná hodnota plynu.

Toto dilema dokáže vyřešit turboplasma: Plasmová hořáková tryska vytvoří homogenní teplotu přes 1200 stupňů ve všech frakcích syntetického plynu. Benefit je dvojnásobný: dehty jsou efektivně zničeny, ale podílí se na zvýšení energetické hodnoty syntetického plynu.

Inovace spočívá hlavně v patentovaném zdvojeném zplynovacím zařízení.

Syntetický plyn je potom ochlazen z 1200 stupňů asi na 200 °C přes sérii tepelných výměníků a boilerů. Získané teplo je zpětně využíváno pro autotermální zplynování a pára je využívána na výrobu elektřiny.

Když je syngas ochlazen, je filtrován ve filtračních vacích s vápnem, aby se odstranily chloridy, sírany a prach, které obsahuje.

Projekt subsystému na čištění plynů závisí na charakteristice vstupujícího odpadu.

Zplynovací zařízení dokáže přijmout nehomogenní palivo s odchylkami a plasma dokáže vyrovnat nízkou kvalitu syngasu vyplývající z těchto odchylek.

K přeměně plynu na elektřinu dochází v plynových motorech a parní turbíně, které realizují výrobu elektrické energie

Syntetický plyn, který byl očištěn od dehtů, zchlazen a přefiltrován, je nyní připraven k využití. Jeho výhřevná hodnota je mezi 4-6 MJ/Nm3.¨

Syngas je vstřikován do série recipročních plynových motorů. Tyto motory aktivují alternátory, které generují elektřinu, která se dodává do sítě. Voda z chlazení motorů může být využita k vyhřívání domů nebo skleníků.

Teplo z výfukových plynů se využívá k výrobě páry, která se přidává k páře získané v kotlích při chlazení syntetického plynu. Pára se využívá v interním cyklu parní turbíny na výrobu elektrické energie.

Princip přípravy paliva

Elektrárna představuje výrobní systém, který umí maximalizovat výrobu elektrické energie. Původní odpad je zpracován tak, aby byl přeměněn na hodnotné a homogenní palivo s následujícími parametry:

-minimální výhřevnost 16 MJ/kg, cílová hodnota je 18 MJ/kg

-velikost granulí 60mm

-20% vlhkost

Jako palivo je přijatelná většina surovin:

-upravené palivo ze dřeva (peletky, štěpka)

-energetické rostliny

-neupravené dřevěné palivo (vedlejší lesní produkty)

-dřevěný odpad

-rostlinné zbytky

-průmyslové zbytky

-směsný komunální odpad

-tříděný komunální odpad

-zbytky odpadů po vytřídění

-vytříděný stavební a demoliční odpad

-plasty, kartony, papír, textil

-organický odpad

 

Uvažovaný odpad musí být vyhodnocen

1.  Z hlediska použitelnosti: charakteristika odpadu, složení materiálů, určení poměru výhřevnosti a vlhkosti všeobecně založené na existující databázi. V případě absence dat je.

nezbytné otestování vzorků.

2.  Chemickou analýzou: identifikace a měření chemických složek odpadu. To je nezbytné pro základní projekt a projekt čištění syntetického plynu a složení popela.

Níže uvedený seznam uvádí odpad, který by neměl být v elektrárně zplynován:

-nebezpečný odpad (vyžaduje přílišná omezení při zpracování)

-kal z čistíren odpadních vod (má všeobecně vysokou vlhkost a vyžaduje speciální zacházení)

-infikovaný nemocniční odpad (silná logistická omezení)

-minerální odpad, kovy (nepřináší do systému žádnou energii)

-zvířecí produkty (maso, zbytky, mouka,…) vyžadují regulaci a provozní omezení

-mokrá biomasa jako posekaná tráva ze zahrady atd.: příliš vysoká vlhkost

 

Elektrárna na zplynování odpadů – prověřená technologie

Proces v elektrárně se skládá z následujících sub-systémů, které jsou již po řadu let technologicky prověřeny.

Proces přeměny odpadu na palivo využívá třídící a recyklační technologie, které se v Evropě využívají v odpadovém hospodářství více než 20 let. Existuje řada zkušených dodavatelů, kteří jsou schopni předložit řešení, které garantuje splnění požadavků na provedení.

Zplynovací komora byla vyprojektována zkušenou inženýrskou firmou a je založena na robustním pevném roštovém systému.

Plasma je klíčové zařízení v procesu, založené na know-how získané na 23 plasmových hořácích, které byly dodány a uvedeny do provozu. Nejstarší je provozován od roku 1988. V pobočce firmy EUROPLASMA provozujeme 3 plasmové hořáky v zařízení na likvidaci asbestu.

Plasma byla odzkoušena v 1 MW elektrárně, která zplynuje biomasu. Testy probíhaly od července do října 2009 a ukázaly, že dehty byly dokonale krakovány a že syngas lze používat v plynových motorech.

Využívání tepla se uskutečňuje v zařízeních projektovaných zkušenou firmou na kotle.

Filtrační systém je založen na renomovaném filtračním zařízení upraveném tak, aby vyhovělo specifikaci znečištění syngasu.

Existují 3 renomovaní dodavatelé plynových motorů, které mohou používat syntetický plyn, kteří garantují provoz: Caterpillar, MWM (Deutz) a Jenbacher (GE).

Úspěch elektrárny je podložen 15-ti letou provozní zkušeností s vysokoteplotním plasmovým procesem.

 

Výhody technologie elektrárny

Technologie elektrárny poskytuje průlomové řešení pro proces získávání energie z biomasy a energie z odpadů, čímž umožňuje snížení objemů odpadů na skládkách a eliminuje škodlivé emise ze spaloven, přičemž představuje významné kapacity obnovitelného zdroje energie.Díky svým technologickým nákladům je schopná nabídnout doplňkovou a konkurenceschopnou alternativu k obnovitelným zdrojům energie jako jsou vítr a slunce.

 

Více energie

Porovnání účinnosti technologie spalování a zplynování:

Surovina: spalování ….pára ….parní turbína…..elektrická energie

(tento proces má energetickou účinnost 18 – 22%)

Surovina: zplynování …syntetický plyn….plynový motor….elektrické energie

(tento proces má elektrickou účinnost 35 – 40%)

Účinnost v elektrárně na zplynování odpadů dosahuje 35 – 40%, což je 2x více než je účinnost dosahovaná spalovacími technologiemi, čímž se zlepšuje ekonomika elektráren. Jedná se o skutečné energetické zhodnocení.

Vliv na životní prostředí

Podmínky procesu (málo kyslíku, vysoká teplota) způsobují, že se netvoří dioxiny.

Nedochází ke spalování znečištěného paliva: syntetický plyn je vyčištěn před spálením v plynových motorech.

Popel z procesu je inertní a může být recyklován pro konstrukci silnic.

Jediný zbytek z procesu jsou filtrační činidla v množství menší než 1% původní suroviny, která musí být uložena.

Efektivní řešení odpadového hospodářství

Elektrárny na zplynování nepodporují produkci odpadů. Technologie elektrárny je v souladu s moderními technologiemi odpadového hospodářství, protože může být zásobována zbytkovou frakcí odpadů po vytřídění, kompostování nebo anaerobním procesu.

Elektrárny jsou kompaktní, s hezkým vzhledem, aby byly pozitivně vnímány obyvatelstvem.

Ekonomika elektráren splňuje požadavky lokálního plánu odpadového hospodářství pro oblast s přijatelným počtem obyvatel.

Typická elektrárna na zplynování

Kapacity výkonu:  btto12 MWe, netto10 Mwe

až 15 MW tep. horké vody

Palivo: 55 000 – 75 000 tun/rok biomasy a/nebo NE-nebezpečného odpadu na výrobu 47 000 – 52 000 tun/rok paliva

Hlavní přípojky a spotřební materiál: elektřina, voda (uzavřený okruh), vápno (do vakových filtrů na čištění syngasu), zemní plyn (pro nastartování procesu)

Plocha: cca 10 000m2 podle druhu odpadu a paliva

Provoz: 7 500 h/rok rozložených do 340 dnů provozu při 92% využití pracovní doby

Počet pracovníků na plný úvazek: 21

Investiční náklady: 35 – 45 000 000,- EUR dle místních podmínek a specifik

Doba výstavby: 18měsíců

Emise do ovzduší: dle předpisů EU

 

Ukázková elektrárna

1.  elektrárna tohoto typu byla postavena ve Francii v Morcenx a další projekty jsou v různém stavu připravenosti ve Francii a Anglii. Elektárna vyrábí 12 MW elektřiny po dobu 7 500 h/ročně, kterou se dodává do sítě EDF. Palivo se vyrábí z 51 000 t suroviny následujícího složení:

-37 000 t tříděného NE-nebezpečného průmyslového a komerčního odpadu jako jsou kartony, plasty, papír, dřevo a tkaniny

-14 000 t suché štěpky

Toto složení umožňuje zařazení do francouzského tarifu pro biomasu.

Elektřina (90 000 MWh) bude prodávána po 15 let do sítě EDF s garantovanou výkupní cenou.

Zařízení dále produkuje 30 000 MWh tepelné energie, které se využívá k sušení dřeva.

Oficiální povolení k výstavbě bylo vydáno 7.července 2009, výstavba byla zahájena ve 4.kv. 2010, provoz byl zahájen ve 2.kv. 2012.

Obchodní nabídka

Stavbu elektrárny dodáme na klíč buď jako hlavní dodavatel nebo s partnery, kterým poskytne licenci.

Vypracujeme studie proveditelnosti a základní projekt.

Kromě technické studie proveditelnosti poskytneme pomoc a konsultace během přípravy projektu založené na vlastních zkušenostech s projekty na energetické využití odpadů a biomasy včetně poskytnutí potřebných dat, nástrojů a know-how přizpůsobených pro každý projekt.

Společnost CHO-Power (EUROPLASMA)

Specializujeme se na vysokoteplotní průmyslové procesy využívající plasmovou technologii, které aplikujeme při likvidaci nebezpečného odpadu a výrobě elektřiny. Používané plasmové hořáky jsou založeny na know-how EADS, kde byly používány pro testování materiálů, které chrání vesmírná plavidla proti přehřátí při vstupu do atmosféry. Více než 15 let se angažujeme v technologiích udržitelného vývoje, čistých technologií a výrobě energie, provozujeme jediný závod na světě na likvidaci asbestu, kde se využívají 3 plasmové hořáky.

Specializujeme se na čisté technologie a čistou energii. Zaměstnáváme přes 200 zaměstnanců, kteří jsou odborníky na zhodnocování odpadů a zpracování plynových složek.