Biomassza hasznosítás. Esettanulmányok is

Átírás

1 Biomassza hasznosítás Esettanulmányok is

2 Fogalmak Állati hulladék Élelmiszerhulladék: emberi fogyasztásra szánt, hulladékká vált élelmiszerek, melyek éttermekben, feldolgozó üzemeken, konyhákban, az állattartó személy háztartásában keletkeznek Konyhai ételhulladék

3 Új EUdirektíva az állati hulladékokra 1774/22. Egységes szerkezet, több irányelv megszőnik Átfogja a kezelés minden változatát Nyomatékos figyelem az élelmiszer hulladékokra Szigorúbb a jelenleg szabályozásoknál Zártterő, pasztırözı komposztálás

4 Az élelmiszerhulladékok kezelésének lehetıségei Kedvenc állateledel Hıkezelés trágyázás Hıkezelés komposztálás, biogáztermelés trágyázás Égetés (közvetlen, közvetett) Elföldelés (?)

5 A hulladékkezelés technológiai folyamatábra

6 Biomassza, mint hulladék Kármentesítés, azaz veszélyhelyzet és légszennyezés megszüntetése olyan módszerrel, hogy a térségében élık életminısége és életszínvonala javuljon.

7 Fermentációs technológia A vizsgált technológia Földgáz hasznosítása gázturbinával Biomassza jellegő hulladékok, melléktermékek hasznosítása biogáz elıállításával, gázmotorokkal

8 Fermentációs technológia Eredmények A földgáz hasznosítása gázturbinával megvalósítható. A kommunális szennyvíziszap hasznosítása nem reális. Többi biomassza hulladék rendelkezésre állása pontosítandó, óvatosan kezelendı. Olyan eljárás szükséges, amely a térségben termeszthetı, vagy a gazdálkodásban keletkezı biomasszával kombináltan történik.

9 Továbblépés Kármentesítés Nyersgáz, dúsítás és kénmentesítés nélkül (CO2 8 mol%, H2S 4 mg/nm3), Elıdúsított gáz (CO2 33 mol%, H2S 16 mg/nm3), 75 GJ főtıérték évente. Biomassza Melléktermékek (hígtrágya, szalma, kukoricaszár ), Élelmezési és takarmány növények (repce, silókukorica,...) Szántóföldi energetikai növények (energiafő, ) Energiaültetvények (akác, nyár, ) Erdıgazdálkodási biomassza (fahulladék, ), 1 GJ főtıérték évente.

10 Lehetséges biomassza forrás 9 14,8,6 Venyige 27 13,5 2 Szalma,2 Hígtrágya Kínai nád Energiafő 67 2,4 28 Cukorcirok 9 1,8 5 Csicsóka 67 1,7 39,5 Cukorrépa 4 2,3 17,4 Burgonya 27 14,8 1,8 Repce (észter) ,5 16 Rostkender 9 4,1 22 Silókukorica Főz Nyár Akác GJ/ha GJ/t t/ha Fajlagos energiaérték Hozam Alapanyag

11 1.változat: Gızkazán + fásszárú biomassza Gipsztartalmú ágyanyag Magas H2S és inertgáztartalmú földgáz Szikkasztott növénytermesztési és állattenyésztési melléktermékek Fás szárú termesztett biomassza Fluidizációs tüzeléső kazán hıforrású gızkörfolyamat Villamosenergia Mészkı

12 1.változat: Gızkazán + fásszárú biomassza Áramok Mennyiség Főtıérték Tüzelıhıteljesítmény Nagy inerttartalmú földgáz 1 m 3 /év 7,5 MJ/m 3 29,76 MW t Növénytermesztési és állattenyésztési melléktermékek t/év 8 MJ/kg 1 MW t Fásszárú termesztett biomassza 7 t/év 1 MJ/kg 27,7 MW t Gızkazán 67,46 MW t Gızkazán mészkı igénye t/év Gızerımő villamos teljesítménye, hatásfoka η KE =28,43% P KE =19,4 MW e Kiadható villamos energia 136,59 GWh/év

13 2.változat Fermentáció + gızkazán (silókukorica) Gipsztartalmú ágyanyag Magas H2S és inertgáztartalmú földgáz Fahulladék, főféleségek Víztelenített kirothasztott iszap Biogáz Fluidizációs tüzeléső kazán hıforrású gızkörfolyamat Villamosenergia Egyéb fermentálható szerves melléktermék Termesztett lágyszárú biomassza Állattenyésztési melléktermékek Fermentációs technológia Mészkı

14 Áramok 2.változat Fermentáció + gızkazán (silókukorica) Nagy inerttartalmú földgáz Fahulladék, főféleségek Víztelenített kirothasztott iszap Biogáz Egyéb fermentálható szerves melléktermék (kukorica, répa) Termesztett lágyszárú biomassza (silókukorica) Állattenyésztési melléktermékek Gızkazán Gızkazán mészkı igénye Gızerımő villamos telj., hatásfoka Kiadható villamos energia Mennyiség 1 m 3 /év t/év t/év Nm 3 /év t/év 44 t/év t/év 1 77 t/év 14,531 GWh/év Főtıérték 7,5 MJ/m 3 1 MJ/kg 3 MJ/kg 23 MJ/m 3 η E =27,81 % Tüzelıhıteljesítmény 29,76 MW t 6,1 MW t 8,99 MW t 7,98 MW t 52,83 MW t P E =14,7 MW e

15 3.változat Fermentáció + gızkazán (csicsóka) Gipsztartalmú ágyanyag Magas H2S és inertgáztartalmú földgáz Fahulladék, főféleségek Fás szárú termesztett biomassza Víztelenített kirothasztott iszap Biogáz Fluidizációs tüzeléső kazán hıforrású gızkörfolyamat Villamosenergia Egyéb fermentálható szerves melléktermék Termesztett lágyszárú biomassza Állattenyésztési melléktermékek Fermentációs technológia Mészkı

16 Áramok 3.változat Fermentáció + gızkazán (csicsóka) Mennyiség Főtıérték Tüzelıhıteljesítmény Nagy inerttartalmú földgáz 1 m 3 /év 7,5 MJ/m 3 29,76 MW t Fahulladék, főféleségek t/év 1 MJ/kg 6,1 MW t Fás szárú termesztett biomassza (csicsóka szár) 2 t/év 1 MJ/kg 7,94 MW t Víztelenített kirothasztott iszap 9 78 t/év 3 MJ/kg 1,81 MW t Biogáz 1 5 m 3 /év 23 MJ/m 3 9,58 MW t Egyéb fermentálható szerves melléktermék (kukorica, répa) t/év Termesztett lágyszárú biomassza (csicsóka gumó) 6 t/év Állattenyésztési melléktermékek t/év Gızkazán 64,19 MW t Fluidizációs tüzeléső kazán mészkı igénye t/év Gızerımő villamos telj., hatásfoka η KE =28,31% P KE =18,2 MW e Kiadható villamos energia 134,834 GWh/év

17 4.változat Fermentáció + (elıdúsított gáz) gázturbina (cukorrépa) Elıdúsított földgáz Hı Gızkörfolyamat Villamosenergia Biogáz Gázturbina Villamosenergia Egyéb fermentálható szerves melléktermék Termesztett lágyszárú biomassza (cukorrépa) Állattenyésztési melléktermékek Fermentációs technológia Víztelenített kirothasztott iszap

18 Áramok 4.változat Fermentáció + (elıdúsított gáz) gázturbina (cukorrépa) Mennyiség Főtıérték Tüzelıhıteljesítmény Elıdúsított földgáz 27 7 m 3 /év 19,4 MJ/m 3 21,33 MW t Biogáz m 3 /év 23 MJ/m 3 11,49 MW t Egyéb fermentálható szerves melléktermék (kukorica, répa) t/év Termesztett lágyszárú biomassza (cukorrépa) 79 t/év Állattenyésztési melléktermékek t/év Gázturbina 4 28 m 3 /év 12,34 MJ/m 3 32,82 MW t Gázgız erımő villamos teljesítménye, hatásfoka η G/G =44,17 % P G/G =14,49 MW e Kiadható villamosenergia 11,416 GWh/év

19 Változatok gazdasági értékelése A villamos energia egységköltsége, átlagára, fajlagos nyeresége ka kü k áe áek 15 Ft/kWh gızerımő1 gızerımő2 gızerımő3 gázgız erımő 1

20 Döntés: 1. változat Elızetes vizsgálatok eredménye: A fermentációs technológiához képest kedvezıbb a hagyományos, égetéses kármentesítés és biomassza hasznosítás Javasolt megoldás: Fásszárú biomassza tüzeléső gızkazán Kondenzációs gızturbina

21 Következtetések A termesztett növények egységnyi területre vonatkozó legnagyobb tüzelıhıhozama nemesnyár (1335 GJ/ha), főz (35 GJ/ha), energiafő (24 GJ/ha). Inertgáz (4 %) + szilárd biomassza (6 %) tüzelıanyag, fluidizációs gızkazán, kondenzációs gızturbina állami támogatás nélkül is gazdaságos. A kombinált kiserımő gazdaságosságát az inertgáz alacsony ára, a kötelezı átvételő villamos energia (28tól környezetkármentesítı erımő is?) teremti meg, tisztes nyereséget biztosítva a termelıknek.

22 Tüzelıanyagok Nagy inertgáztartalmú földgáz: 1 millió Nm 3 /év Szilárd biomassza: Q ü =75. GJ/év mezıgazd. hulladék: Q ü = 171. GJ/év, egyéb hulladék: Q ü = 25. GJ/év, termesztett en.növ.: Q ü = 937. GJ/év, Biomassza összesen: Q ü =1.133.GJ/év.

23 Biomassza tüzelıanyagok Gazdálkodási hulladék: gabona szalma, kukorica, lomb, fa, gyógynövény, erdészeti hulladék, fő.

24 Biomassza tüzelıanyagok hulladék terület, ha tömeg, kg/év égetésre alkalmas tömeg, t/év átvett adat óvatos becslés További igény, t/év főtıérté k, GJ/t tüzelıhı, GJ MEZİGAZDASÁGI HULLADÉK Széna 11 Gabona szalma , Kukorica Répa 3 Lomb Fa MEZİGAZDASÁGI IPARI HULLADÉK Gyógyfüvek EGYÉB HULLADÉK Erdészeti hulladék Fő MINDÖSSZES EN

25 Biomassza tüzelıanyagok termesztett Termesztett biomassza kalkulált termesztés : terület, ha hozam, t/ha/é v égetésre alkalmas tömeg, t/év főtıérté k GJ/t tüzelıh ı, GJ nyár főz energiafő összesen

26 Biomassza tüzelıanyagok Nemesnyárak (Populus Cv. Sp.) telepítési lehetıségét elsısorban vízigénye korlátozza az ültetvények várható élettartama 225 év a telepítésrıl 34 évente lehet a hozamot letermelni

27 Energiafő Biomassza tüzelıanyagok a tenyészidıben 3 kaszálást igényel főtıértéke eléri, illetve meghaladja a nyár, a főz, az akácfáét és a hazai barnaszenekét

28 Ütemezés biomassza Készlet, GJ Betárolt, GJ Felhasznált, GJ Beszállított, GJ TMK Fő Erdészeti hull. 3 3 Gyógyfüvek Fa Lomb Kukorica Gabona szalma HULLADÉK energiafő főz nyár TERMESZTETT dec nov okt szept aug júl jún máj ápr márc febr jan GJ

29 Ütemezés teljes 25 2 inertes biomassza 15 GJ

30 Biomassza logisztika betakarítás

31 Erımő technológia kapcsolás Fluidized Bed Boiler S24 S2 S23 TMX1 7. P T DRUM1 S21 S22 S19 SPHT1 ECON1 S25 S18 Air S W H Live steam Flue gas S1 Pe, kw S16 ST1 GEN1.12 P T W H Inert gas S37 FLB1 S34 S33 SP1 S12 S26 HX1 S36 S29 C1 S35 S28 S P T W H S3 CND1 V2 S13 S9 S39 S38 PUMP4 S14 Air cooler AC S31 Q1, kw S15 DUCT1 S7 S2 S11 SP2 MODEL: CASE: GELLH1 GH1 8. P T W H71.57 V1 3. P T W H PUMP1 S8 PUMP3 POWER: S6 S3 S1 HR: EFF: PUMP2 S32 S4 DA1 FWH1 MU1 Makeup water S5

32 Erımő technológia emisszió légszennyezı anyag Várható maximális kibocsátás Fluidizációs tüzelésre érvényes határérték más tüzelı Berendezésekre érvényes határérték Barnaszén tüzelésére érvényes határérték por CO NOx (NO 2 ben kifejezve) SOx (SO 2 ben kifejezve) elégetlen szerves (Cben kifejezve)