PBS Brno pomáha rozvoji bioenergie

Podrobnosti

Kategorie: Strojírenství

Uskutečnění úspěšné energetické transformace vyžaduje vysokou účinnost systémů produkujících energii a udržitelné hospodaření s energetickými zdroji. Využívání biomasy jako paliva pro výrobu elektrické energie a tepla v současnosti opodstatňuje celá řada ekologických a ekonomických důvodů.

Bioenergie rovněž představuje potenciálně udržitelnou a dostupnou alternativu a doplněk fluktuujících obnovitelných zdrojů energie. Pro efektivní bioenergetickou produkci jsou klíčové aspekty zásobování dostupným palivem, moderní technologie spalování a komplexní účinnost energetických celků.

Biomasa je palivo budoucnosti

Jako biomasu označujeme biologicky rozložitelný podíl rostlinných a živočišných látek pocházejících z produktů, odpadu a zbytků ze zemědělství, lesnictví a rybolovu, včetně průmyslového a komunálního odpadu biologického původu. Původ biomasy je odvozen ze sluneční aktivity, řadíme ji tedy mezi obnovitelné zdroje energie (OZE). Jednou z hlavních předností spalování biomasy pro účely energetické produkce je nízké množství znečišťujících emisních látek. Konkrétněji minimální obsah SO2 ve spalinách a neutrální množství CO2. Zužitkovaná biomasa při spalování emituje stejné množství uhlíku, jež je nutné pro její vznik (např. stromy absorbují uhlík při svém růstu), nepřispívá tedy ke skleníkovému efektu a souvisejícím klimatickým změnám a dalším dopadům na ekosystém.

Dalším aspektem, který opodstatňuje technologická řešení efektivního spalování biomasy, je lokální dostupnost paliv. Jako palivo pro efektivní produkci elektrické energie a tepla je možné využít pro totéž zařízení celou řadu zdrojů, které vznikají jako vedlejší produkt jiných průmyslových procesů, a to bez nutnosti dalšího zpracování. Vzniká tak častá finanční motivace pro vznik nových elektráren a tepláren zužitkovávajících snadno dostupná paliva. Převážná část biopaliv využívaných pro energetiku pochází ze dřevního odpadu, procesních reziduí a biologické frakce odpadu. Agrikulturní plodiny a odpady tvoří převážnou část zdrojů pro výrobu kapalných biopaliv.

Státní legislativní rámce rovněž tyto technologie podporují s ohledem na výše zmíněné přednosti, díky čemuž je dostupná státní podpora realizace zařízení využívající biomasu. V České republice je aktuálně možné čerpat finanční prostředky dotačních programů HEAT nebo ENERG ETS spravovaných Státním fondem životního prostředí ČR. Tato dotační podpora je financována prostřednictvím Modernizačního fondu. Jedná se o součást strategického balíčku opatření – Zelené dohody a představuje jeden z nástrojů přispívající k přechodu EU na udržitelnější hospodářství. Pro Českou republiku je alokováno přibližně 150 miliard korun, což činí 15,6 % celkových prostředků Modernizačního fondu zaměřeného na podporu 10 členských států EU s nižšími příjmy. Jedná se o významnou součást systému podpor napomáhající uskutečnění vize, podle níž se do roku 2050 Evropa stane prvním klimaticky neutrálním kontinentem světa.

S ohledem na technologické průlomy zvyšující účinnost energetické produkce a rozšiřující možnosti efektivní distribuce elektrické energie, ekologickou regulaci a nárůst ceny fosilních paliv, je zvětšení podílu biomasy na energetickém mixu nevyhnutelné. Prognóza IEA (2020) předvídá zdvojnásobení množství biomasy spotřebované pro energetiku v příští dekádě v rámci Scénáře udržitelného rozvoje (SDS – IEA Sustainable Development Scenario – určuje trajektorii světového vývoje pro dosažení hlavních cílů udržitelného rozvoje v oblasti energetiky).

Technologie spalování biomasy

V současnosti jsou nejrozšířenějšími technologiemi pro spalování biomasy roštové parní kotle nebo kotle s technologií fluidního spalování. Nejvhodnější technologie kotle je pro danou aplikaci určena vždy s ohledem na způsob úpravy paliva před spalováním a jeho další charakteristiky (výhřevnost a spalné teplo, obsah vody, minerálních látek a síry v palivu). Obecně lze roštové kotle a kotle s technologií fluidního spalování použít pro podobné aplikace napříč průmyslovými odvětvími. Roštové kotle jsou však robustnější při spalování kusových paliv v pevné vrstvě. Historicky patřily mezi nejrozšířenější typ kotlů, a i v současnosti patří moderní roštové kotle mezi dominantní technologie pro spalování biomasy a komunálních a průmyslových odpadů. Pro tyto aplikace je standardem technologie přemísťování paliva pomocí roštnic, jež zajišťují rozrušování spečené vrstvy paliva, efektivní posuv a promíchávání paliva a odvod popela z ohniště. Kotle s technologií fluidního spalování (FBC – Fluidized bed combustion) využívá fyzikálního děje fluidizace, při němž se soubor pevných látek udržuje ve vznosu prostřednictvím proudu fluidního média. Výsledné disperzní médium se chová jako kapalina, v níž částice paliva na pohled vřou, volně se mísí a rozprostírají po celém objemu reaktoru. V praxi jde typicky o palivo rozdrcené na malé částice, jímž protéká plyn (nejčastěji vzduch) skrze pórovitou vrstvu. Složení fluidní vrstvy sestává z vlastního paliva, odsiřovacího aditiva (např. vápence) a aditiva zajišťujícího stabilitu fluidní vrstvy (inertní materiál jako např. písek).

Obě technologie disponují specifickými charakteristikami, přednostmi a nevýhodami. FCB vyniká rychle a snadno regulovatelnou teplotou a rovnoměrným ohřevem, čímž se zamezí nežádoucímu přehřátí materiálu a dosáhne se nízkých emisních hodnot. Nevýhodou technologie FBC je citlivost na granulometrii paliv a riziko aglomerace jemných částic v palivovém loži. Při spalování určitých vláknitých biomasových paliv a využití křemičitého písku pro stabilizaci dochází k narušení fluidizace, přičemž tyto problémy lze zmírnit použitím speciálních přísad nebo materiálů. Kotle využívající roštové ohniště nepodléhají výše uvedeným překážkám a jsou velmi vhodné pro centralizované i decentralizované jednotky na kombinovanou výrobu tepla a elektřiny spalováním biomasy a komunálních nebo průmyslových odpadů. Roštové kotle vynikají ve srovnání s FBC také nižšími pořizovacími náklady a nenáročným provozem s jednoduchou údržbou. Jako spalovací zařízení je podle druhu paliva nejčastěji použit posuvný nebo vibrační rošt. Vibrační a posuvné rošty PBS Brno se vyznačují spolehlivostí a dlouhou životností, která je dána jednoduchou a osvědčenou konstrukcí excentrického pohonu zajišťujícího posun a mísení paliva a odvod popela. Pro zajištění maximálních ekonomických a ekologických výhod a optimální účinnosti a dalších provozních vlastností je nezbytná i integrace pokročilých vzduchových a spalinových systémů. Tyto systémy zaručují optimální promíchání vzduchu v topeništi, dopravu paliva do prostoru topeniště a rovnoměrné pokrytí roštu (prostřednictvím tzv. pohazovače), či recirkulaci a čištění spalin. Moderní vzduchové a spalinové systémy pro zlepšení výkonu roštových kotlů jsou standardem produkce PBS Brno.

Pro oblast teplárenství PBS Brno nabízí novou produktovou řadu teplovodních kotlů nižších výkonů na spalování dřevní biomasy primárně pro decentralizované provozy výtopen s důrazem na minimální nároky na obsluhu a provoz. Kotle řady PBS BB jsou vybaveny řídicím systémem umožňujícím plně automatický provoz. Jsou určeny pro spalování nekontaminované dřevní biomasy o maximální vlhkosti až 55 % např.: dřevní štěpky, kůry, pilin a hoblin. Koncepce řady BB umožňuje navrhnout kotel dle konkrétních požadavků teplovodní sítě, a to v rozmezí spotřeby 1,2–4,2 t paliva za hodinu a tepelnému výkonu 2–7 MW.

PBS Brno standardně dodává moderní komplexní teplárenské celky. Hlavní předností je dosažení optimálního výkonu, životnosti a ekologického provozu celé soustavy při optimalizaci všech zařízení energetické instalace. Kromě vlastního kotle a spalovací technologie je to zařízení pro nakládání s palivem a spalinami či popelem, případně na míru vyvinutá jednotka pro výrobu elektrické energie. Provozní sklad paliva a dopravní trasy zajistí bezpečný a kontinuální provoz. Efektivní a plynulé dávkování paliva maximalizuje využití energetického potenciálu a současně napomáhá vzniku minima plynných i pevných emisních látek. Čistotu provozu pak umožní kvalitní systém odprášení spalin, který filtruje spaliny odváděné z kotle do komína pomocí spalinového ventilátoru, a to prostřednictvím elektrostatického odlučovače případně pomocí cyklonu (multicyklonu) s tkaninovým filtrem. PBS Brno u dodávek teplárenských celků garantuje spotřebu paliva na projektovaný výkon, vlastní spotřebu, emisní parametry spalin i akustické vlastnosti.

Akumulace energie

Globální energetická politika se zaměřuje na energetickou účinnost a zvýšení podílu obnovitelných zdrojů energie, ať už je příčinou těchto kroků energetická bezpečnost nebo šetrnost vůči životnímu prostředí. Zmíněná realizace cíle klimatické neutrality EU i globální redukce karbonové stopy bude vyžadovat koordinovanou regulaci zahrnující celý energetický systém. Stanovené cíle jsou z hlediska budoucího rozvoje jistě nutné pro životní prostředí, ale jsou rozhodně velmi ambiciózní a představují výzvu z pohledu  socioekonomického. Pro tuto situaci je zcela symptomatická událost z počátku tohoto roku, kdy se Evropská přenosová soustava jen těsně vyhnula možnému blackoutu vlivem přetížení v chorvatské rozvodně Ernestinovo a následnému kaskádovitému výpadku dalších vedení. Zkušenosti Dánska, coby průkopníka podílu energetické produkce z obnovitelných zdrojů, dokládají, že jen navýšením kapacit výroby energie s využitím OZE nelze vyřešit výzvy energetické transformace. Lze tedy předpokládat významné změny regulace a rozvoj technologií zejména v oblasti akumulace energie, která je, zejména v oblasti tepelné energie, dostupným a logickým směrem vývoje pro dosažení větší energetické účinnosti.

Díky akumulaci tepla je možné převést energii z období relativního přebytku do období relativního nedostatku a kompenzovat tak odběrové špičky s ohledem na co nejvyšší provozní a ekonomický potenciál výrobního zařízení. V případě kombinované výroby elektrické energie a tepla lze navíc s ohledem na poptávku po elektřině poskytovat podpůrné služby pro kompenzaci bilance elektrizační soustavy. Ohřev pracovního média je nejpřímočařejší a historicky první způsob akumulace tepla, využívající měrného tepla látky, optimálně s velkou tepelnou kapacitou a nízkou cenou, nejčastěji vody. Pro akumulaci tepla se využívá dedikovaných tepelných akumulátorů s masivní nosnou konstrukcí a tepelnou izolací nebo přímo tepelné sítě, což v praxi znamená i možnost akumulace tepla z externích tepelných zdrojů.

Primární motivací rozvoje akumulace tepla v teplárenství jsou ekonomické faktory. Díky účinnějšímu využití energie dochází k nižší spotřebě primárních zdrojů a paliv. To se může díky nižším emisím znečišťujících látek pozitivně projevit na úsporách za emisní povolenky nebo splněním podmínek pro možnost čerpání finančních prostředků poskytnutých v rámci některého ze státních dotačních titulů. Dalším významným faktorem pro zřízení akumulačních kapacit je zajištění stabilní dodávky tepla odběratelům a eliminace dopadů odstávek či poruch.

Je zřejmé, že zejména škálovatelné systémy termální akumulace jsou nedílnou součástí uskutečnitelného plánu pro dosažení uhlíkové neutrality. PBS Brno zastává v problematice energetického vývoje holistický pohled a podílí se na vývoji a realizaci akumulačních zařízení pro navýšení energetické účinnosti.

17.03.2021