Električna i toplinska energija iz drvnih ostataka

 

OPĆENITO

Tehnologije isplinjavanja ( pirolize) manje su prisutne u svijetu, a efikasnije su nego poznatije klasične tehnologije za proizvodnju topline i struje iz drvnih ostataka.

Klasična tehnologija za dobivanje topline i električne energije je bazirana na loženju drveta za dobivanje topline i za pokretanje turbina za proizvodnju električne energije.

Drvo je previše vrijedno da bi se spaljivalo !!!

Pirolitički princip dobivanja topline i električne energije primijenjen u kogeneracijskom postrojenju ( wood-cogeneration plant) koristi drvo optimalno i čuva prirodne resurse!

Srce kogeneracijskog sistema je efikasan, robustan toplotni i električni sistem koji koristi drvne ostatke ( wood chips) za proizvodnju drvnog plina ( wood-gas) u reformeru.
Wood gas motor pokreće asinhroni generator koji proizvodi električnu energiju.

Efikasnost sistema se vidi kod potrošnje 1Kg drvenih ostataka za 1kWh električne energije, a to znači da se za metar kubični drveta proizvede 1.2 MWh električne energije.

Toplinska energija koja se proizvede je tri puta veća nego proizvedena električna energija, a može se koristiti za zagrijavanje objekata, za predaje topline u toplinsku mrežu,..

Ako se promatra sistem koji proizvodi 45 KW električne energije i 120 KW toplinske energije i troši 270 tona drvnih ostataka za 6000 sati rada tada se vidi da je sistem vrlo efikasan.
Treba uzeti u obzir da je proizvodnja wood-gas gotovo nezavisna od kvalitete drveta ( kora, okrajci,… se koriste za wood chips), što bitno pojeftinjuje proizvodnju topline i el. energije.

Održavanje sustava je jednostavno pa se može raditi bez potrebe za expertom, ali se treba predvidjeti 20 minuta na dan za osnovno održavanje sustava ( zamjenu ulja, svjećica, zračnih filtera,..)

Proizvodnja plina ( wood gas) termokemiskim procesom iz drvne sječke je poznat proces, ali je tehnologija postala pouzdanija i dostupnija.
Proizvedeni plin se filtrira i koristi kao gorivo u plinskom motoru koji pokreće generator.
Proizvedena struja se predaje u mrežu, a toplina se koristi za grijanje prostora, sušenje drveta,...

Projektirano kogeneracijsko postrojenje od 6 identičnih 45Kw/120Kw postrojenja, a 45000W postrojenje se sastoji od :
1). Plinskog 4 taktnog V8-motora, 5.7litara, 1520 okretaja u minuti .
2). Asinhronog generatora snage 50 Kw, izlaznog napona 400 V, 50Hz, nominalne struje 67 A
3). Električnogl kontrolnog sistema baziranog na PLC-u koji kontrolira sve funkcije uređaja.
4). Drvni isplinjač(wood gasifier) koji se sastoji od : reformera gdje se vrši isplinjavanje ( piroliza) t.j. proizvodnja plina ( wood gas)
Jedinica punjenja sječke (filling) u kojoj se drvna sječka melje , oslobađa od metalnih i ostalih štetnih elemenata I transportira u reformer.
Izmjenjivača topline 90 stupnjeva celzijusa / 65 stupnjeva celzijusa
Filtera koji pročišćava plinove koji se odvode u plinski motor
Odvajača pepela koji automatski odnosi ugljen i pepel

Osnovni princip isplinjavanja prikazan je na sl.1, prilog 10.3

 

Drvena sječka se doprema koristeći pužni vijak iz spremišta sječke u jedinicu punjenja sječke ( filling sluice).
Jedinica punjenja (filling sluice)na ulazu ima branu ( sluice) koja se sastoji od dvije klapne povezane zračnim cilindrima, a kontroliranih PLC-em na način da se obje klapne ne otvaraju u isto vrijeme.
U slučaju kvara svi ventili su zatvoreni.
Odlaz materijala u reformer odvija se pužnim vijkom ( reformer screw). Nivo senzor u reformeru kontrolira potrebu za drvetom.
Reformer predstavalja srce sistema. Tu se vrši termokemiski proces pretvorbe drveta u plin ( wood gas).
Što se gorivo ( drvo) više spušta u zoni izgaranja (oksidacije) povećava se temperatura.
Na temperaturi 200 do 500 stupnjeva celzijusa počinje piroliza i za to vrijeme dolazi do dekompozicije drveta i proizvodnje plina.
Nakon zone pirolize ( pyrolysis) gorivo pretvoreno u ugljik dolazi u zonu oksidacije ( oxidation).
Ovdje se dio ugljika spaljuje uz dodatak zraka na temperaturi od 1200 °C. Zrak se pod pritiskom dodaje u reformer.
U DC isplinjaču nalazi se vatrena podloga oksidacijske zone u posebnoj oblasti prostora reformera.
Prilikom izgaranja ( isplinjavanja) formira se ugljični dioksid ( carbon dioxide), koji se uz utjecaj vlage iz drveta pretvara u ugljični monoksid i vodik u redukcijskoj zoni ( reduction).
Plinovi prolaze kroz vatrenu podlogu ( oxidation zone) problematične smole ( tar) i ugljikovodici plina se dijele na CO, CO2 i H2.
Ovaj proces proizvodi plin s malo smola , gotovo bez njin ( tar free).

Termokemijske reakcije:
Zona oksidacije ( oxidation zone)
C+O2 – CO2
C+1/2O2 – CO
H2+1/2O2 – H2O
Zona odvajanja ( reduction zone):

C + CO2 – 2CO (equilibrium)
C + H2O – CO + H2 (water-gas reaction)
C + 2H2 -- CH4 (methane reaction)

Plin ( wood gas) napušta reformer na dnu pri temperaturi 800 °C.
Pepel i ostatak čestica ugljena zajedno s plinom prolaze kroz izmjenjivač topline gdje se plin hladi na temperaturu od 130 °C. Nakon toga plin prolazi kroz filter gdje se odvaja pepel i čestice ugljena.
Ostaci ugljena i pepel se odvajaju pa se pomoću pužnog transporteraodvoze u metalni kontejner.

Nakon što plin ( wood gas) napusti filter , ponovo se hladi na 90°C na izmjenjivaču topline tako da plin može proći kroz sigurnosni filter ( emergency filter).
Sigurnosni filter ( emergency filter) služi za zaštitu motora u slučaju da je prašina prisutna u plinu ( wood gas) zbog nedovoljnog pročišćavanja u glavnom filteru.
Plin se zatim mješa s zrakom i dovodi u plinski motor na temperaturi oko 40°C.

Donja kalorična vrijednost plina je 4.5MJ/m3 ( 1.4KWh / m3 )

Ispušni plinovi motora odvode se napolje kroz katalizator ( catalytic converter).

Sve gore navedeno je izvedeno komponentama koje su čvrsto povezane i povezane s puhalom koje upuhuje zrak pod pritiskom od 100 mbar.
Zrak ulazi u reformer u zatvorenom sistemu .
Plin ( wood gas) koji odlazi iz reformera takođe se vodi kroz zatvoreni sistem i može se dovesti do plinskog motora gdje plin izgara.
Ako dođe do zastoja u sistemu, sve se klapne zatvaraju, tako da nema potrebe za spaljivanjem viška plina !

Višak topline se odvaja pomoću dva wodom punjena toplinska sustava.
U plinskom krugu , voda prolazi prvo kroz plin / voda izmjenjivač ( gas / water heat exchanger ), a potom do filtera .
Sistem je povezan s izmjenjivačem topline koji koristi kupac kroz pločasti izmjenjivač kako bi se odvela toplina od kogeneracijskog sustava do potrošača.

Potrošcači toplinske energije će biti sušare sječke i objekti proizvodnog pogona tvrtke Trgošped d.o.o.
Za grijanje prostora će se trošiti 100 KW termičke energije , a sušara za sječku će trošiti preostalih 620 KW termičke energije.

Električna energija će se predavati u mrežu, a povezivanje spojnog i priključno mjernog ormara izvest će se podzemnim kablom tipa NYY 4x240mm2.

Upotreba obnovljivih izvora energije ima povoljne posljedice na okoliš u vidu smanjenja lokalnog onečišćenja i globalnog zagrijavanja, potiču lokalno zapošljavanje i povećavaju sigurnost opskrbe električnom energijom. Zbog toga je većina europskih zemalja uvela poticaje za korištenje obnovljivih izvora energije uključivo i Hrvatsku čija je razina prestanka isplativosti procijenjena na 317 MW odnosno 5,5% ukupne proizvodnje električne energije.

 

4.1.1. Tehnički uvjeti

1. Mjesto sinkronizacije svakog od 6 generatora je generatorski prekidač. Generatorski prekidač je smješten u razdjeniku agregata, u neposrednoj blizini generatora. Položaj prekidača prikazuje se na LCD zaslonu na vratima razdjelnika, a signalnim kabelom povezan je sa SPMO. Minimalna dozvoljena vrijednost nazivne struje svakog prekidača iznosi In=80 A.

2. U razdjelniku agregata mora biti ugrađen uređaj za automatsku sinkronizaciju, koji dozvoljava paralelni pogon elektrane s mrežom pod sljedećim uvjetima:

razlika napona manja od +/- 10% nazivnog napona,
razlika frekvencije manja od +/- 0,5 Hz,
razlika faznog kuta manja od +/- 10 stupnjeva.

3. Za paralelni pogon elektrane s mrežom, glavni prekidač u elektrani mora biti opremljen:
• Zaštitom koja osigurava uvjete paralelnog pogona: pod(nad)naponska; pod(nad)frekventna. Zaštita mora biti tako podešena da kod nestanka napona u mreži dođe do isklapanja prekidača.
• Zaštitom od smetnji i kvarova u mreži: zaštita od preopretećenja, kratkog spoja (u mreži i u elektrani, dakle, usmjerena), te zemljospoja.
• Zaštitom od smetnji i kvarova u elektrani.
• Zaštita u elektrani mora biti selektivno udešena sa zaštitom u mreži

Uvjete paralelnog pogona osiguravaju međusobno usklađene zaštite elektrane i distribucijske mreže. U slučaju odstupanja od propisanih uvjeta za paralelni pogon, zaštita mora odvojiti elektranu iz paralelnog pogona (mora odvojiti elektranu od distribucijske mreže). Funkcionalnost i podešenje ugrađenog prekidača te ostale opreme (opisano pod točkama 1., 2. i 3.) mora se dokazati valjanim ispravama o sukladnosti te ostalim pripadajućim protokolima, s obaveznom dokumentacijom na hrvatskom jeziku.

4. Na mjestu priključka moraju biti zadovoljeni uvjeti kvalitete napona prema EN 50160 i elektromagnetska kompatibilnost prema IEC 61000-X-X. Prije puštanja u pokusni rad i za vrijeme pokusnog rada se mora mjeriti kvaliteta električne energije prema EN 50160 i provjeriti jesu li izmjerene vrijednosti unutar zadanih granica.

5. Proizvođač na mjestu priključenja ne smije ometati rad mrežnog tonfrekventnog signala i sustava daljinskog vođenja.

6. Vrijednost faktora ukupnog harmonijskog izobličenja (THD) napona uzrokovanog priključenjem elektrane na mjestu preuzimanja na 0,4 kV može iznositi najviše 2,5%. Elektroenergetski objekti i instalacije elektrane moraju biti izvedeni, održavani i vođeni u pogonu tako da njihov povratni utjecaj na mrežu, odnosno poremećaji i smetnje budu u granicama koje ne ugrožavaju propisanu razinu kvalitete opskrbe električnom energijom prema zahtjevima utvrđenim Mrežnim pravilima, kao i prema tehničkim preporukama i normama koje se temelje na načelima određivanja negativnog povratnog djelovanja na mrežu (primjerice; emisija viših harmonijskih komponenti, flikeri, nesimetrije i slično), a sukladno Općim uvjetima za opskrbu električnom energijom (NN 14/06).

 

 

 Procjena troškova 90 kW

 Procjena troškova 270 kW

 Procjena troškova 990 kW