I.Ökoenergetikai és IX. Biomassza Konferencia Sopron, 2006. 03.02. A biomassza bázisú kapcsolt hő- és villamos energia termelés lehetősége a Soproni Fűtőerőműben Dr. Tóth Péter egyetemi docens Széchenyi István Egyetem Környezetmérnöki Tanszék
Motivációk a biomassza bázisú kapcsolt hő és villamosenergia-termelés megvalósítására Növekvő Kereslet (energiafogyasztás) 70% import Függőség (olaj+földgáz) Csökkenő kínálat Fosszilis energiahordozók kiváltása megújuló energiaforrásokkal
Az energiatermelés lehetőségei biomasszából
A Soproni Fűtőerőmű jelenlegi hősémája
Soproni Fűtőerőmű energiatermelése
Soproni Fűtőerőmű energiatermelése
Soproni Fűtőerőmű energiatermelése Kiadott villamos energia Soproni Fűtőerőmű Kft. 3500000 3000000 2500000 kwh 2000000 1500000 1000000 500000 1997. tény 1998. tény 1999. tény 2000. tény 2001. tény 2002. tény 2003. tény 0 2004. tény 2004. tény 2003. tény Jan. 2002. Márc. tény 2001. Máj. tény 2000. tény 1999. tény 1998. tény 1997. tény Júl. Szept. Nov.
Soproni Fűtőerőmű energiatermelése 100000 90000 80000 1997. tény 70000 1998. tény GJ 60000 50000 40000 30000 20000 10000 1999. tény 2000. tény 2001. tény 2002.tény 2003.tény 2004.tény 0 Jan. Febr. Márc. Ápr. Máj. Jún. Júl. Auguszt. Szept. Okt. Nov. Dec. 2004.tény 2003.tény 2002.tény 2001. tény
Soproni Fűtőerőmű energiatermelése KIADOTT VILL. ENERGIA, AZ EGYSÉGNYI KIADOTT VILLAMOS ENERGIÁHOZ TARTOZÓ TÜZELŐHŐ 20 000 000 1990-2004 9 600 18 000 000 9 000 16 000 000 8 400 14 000 000 7 800 12 000 000 7 200 kw / ÉV 10 000 000 8 000 000 6 600 6 000 KJ/KWh 6 000 000 5 400 4 000 000 4 800 2 000 000 4 200 0 1990. 1991. 1992. 1993. 1994. 1995. 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 KIADOTT VILL. EN. 16 619 17 501 14 850 15 539 14 088 15 562 17 983 16 665 15 184 14 208 14 025 15 031 13 948 14 767 11 137 KIAD.VILL. FAJLAGOS 8 149 8 149 8 148 7 500 7 329 7 081 5 950 6 019 5 229 5 094 5 125 5 170 5 307 5 357 5 693 3 600
Soproni Fűtőerőmű energiatermelése KIADOTT HŐ ÉS AZ EGYSÉGNYI KIADOTT HŐ ELŐÁLLÍTÁSÁHOZ TARTOZÓ TÜZELŐHŐ 1990-2004 700 000 1,7 600 000 1,6 500 000 1,5 400 000 1,4 GJ / ÉV 300 000 1,3 KJ/KJ 200 000 1,2 100 000 1,1 0 1990. 1991. 1992. 1993. 1994. 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 KIADOTT HŐ 646 848 663 446 553 738 558 283 511 844 534 040 592 401 566 597 539 227 529 751 495 036 509 728 482 196 491 321 300 946 KIAD. HŐFAJLAGOS 1,404 1,408 1,365 1,283 1,279 1,217 1,201 1,198 1,172 1,174 1,174 1,175 1,199 1,234 1,452 1
A kapcsolt energia termelés energetikai jellemzői, korszerűsége Megnevezés Kapcsolt energiatermelés Technológia jele Mennyiségi hatásfok η m Fajlagos villamos energiatermelés б Villamos hatásfok µ E Hőtermelés hatásfoka µ Q T1 0,897 0,086 0,0716 0,823 T2 0,91 0,079 0,066 0,843 T3 0,91 0,13 0,105 0,805 GM1 0,75 1,417 0,44 0,31
Soproni Fűtőerőmű károsanyag kibocsátása (2004) Kibocsátás SO2 NOX CO CO2 por Tüzelő anyag kg/év kg/év kg/év t/év kg/év fűtőolaj 187,5 46,86 93,7 104,4 13,39 1,339 TJ földgáz 0 17 470,60 34 941,20 25 956,40 4 991,60 499,161 TJ) 187,5 17 517,50 35 035 26 061 5 005 Összesen:
A Soproni Fűtőerőmű fejlesztése biomassza bázison (vizsgált energetikai berendezések) Kazán típusa Füstcsöves Füstcsöves Hőhasznosító Hőhasznosító Vízcsöves Vízcsöves Füstcsöves Füstcsöves Füstcsöves Kazán gyártója JÄRN FORSEN JÄRN FORSEN Kablitz 415/R1-12S Kablitz 415/R1-12S Dotec Dotec WEISS DB8.000- VR-HD WEISS DB8.000- VR-HD Polytechnik Tüzelés típusa Rostély tüzelés Rostély tüzelés Rostély tüzelés Rostély tüzelés Örvény ágyas Örvényágyas előtéttüzelés előtéttüzelés Rostély tüzelés Tüzelőanyag Mennyisége kg/h 4 250 3 850 4 150 3 720 3 490 3 260 3 800 3 686 3 710 Tüzelőanyag fűtőértéke kwh/kg 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 2,79 Tüzelőhő teljesítmény kw 11 900 10 780 11 620 10 416 9 772 9 128 10 640 10 321 10 351 Turbina gyártó és típus KK&K TWIN CA 56 BVI Marc 1 KK&K TWIN CA 56 BVI Marc 1 KK&K TWIN CA 56 ETT KK&K TWIN CA 56 TGM Gőzmennyiség kg/h 13 219 11 933 12 600 11 250 11 440 11 940 11 988 11 500 11 150 Gőznyomás bar 26 26 27 27 60 27 27 27 Gőzhőmérséklet C 415 415 420 450 420 420 450 450
A biomassza bázisú termelés gazdaságossági értékelése A gazdaságossági értékeléshez szükséges indikátorok számításához figyelembe vett adatok Tüzelőanyag költségek Magyarországon Ipari földgáz (2005. október 1.): 1 622 Ft/GJ Faapríték (30% nedvességtartalom és 10 GJ/t fűtőérték): 7 500 10 000 Ft/t (750 1 000 Ft/GJ) Beruházási költségek Fűtőerőmű beruházási költségek Ausztriában (Güssing) 10 MWth és 2 MWel teljesítményű örvényágyas faelgázosítási technológiával és a fagázt kapcsolt hő és villamos energia termelésre felhasználó kogenerációs berendezés fajlagos beruházási költsége: 700 EUR/kW Fűtőerőmű beruházási költségek Németországban (Fernwärme Ulm GmbH): 58 Mth és 9,6 MWel teljesítményű rostélytüzelésű, gőzkörfolyamattal kiépített fűtőerőmű fajlagos beruházási költsége: 2200 EUR/kW (zöldmezős) Fűtőmű beruházási költségek Magyarországon (Szombathelyi Távhőszolgáltató Kft.) 7 MWth teljesítményű faapríték tüzelőanyagú hőszolgáltató berendezés beruházási költségei: Kazán + gépészet: 288 000e Ft Kazánház: 212 000e Ft Összesen: 500 000e Ft (2 M EUR) Fajlagos beruházási költség: 71 430 Ft/KW (286 EUR/kW)
A biomassza bázisú termelés gazdaságossági értékelése Hő és villamos energia termelési költségek illetve átvételi árak Hő és villamos energia átvételi árak Ausztriában (Güssing) Hőár: 4,57 cent /kwh (11,42 Ft/kWh) A termelt villamos energia garantált átvételi ára: 16 cent /kwh (40 Ft/lWh) Hő és villamos energia átvételi árak Németországban (Fernwärme Ulm GmbH): Hőár: 4 cent /kwh (10 Ft/kWh) A termelt villamos energia garantált átvételi ára: 10,3 cent /kwh (27,75 Ft/kWh) A hőtermelés költségei és a kapcsoltan biomasszából termelt villamos energia garantált átvételi ára Magyarországon A hőtermelés költsége a Szombathelyi Távhőszolgáltató Kft-nél üzemeltetett 7 MW hőteljesítményű biomassza kazánnál: Hőtermelés költsége: 1 072 Ft/GJ A biomasszából kapcsoltan termelt villamos energia garantált átvételi árai a 78/2005 (X.7.) GKM rendelet szerint: Csúcsidőszak: 26,12 Ft/kWh Völgyidőszak: 23,00 Ft/kWh Mélyvölgy időszak: 9,38 Ft/kWh A tervezhető átlagos napi átvételi ár: 22,46 Ft/kWh A tervezhető éves átlagár: 22,11 Ft/kWh Az egyszerűsített gazdaságossági értékelést 1 db 10 MW hőteljesítményű gőzkazán (29 bar nyomás, 420 C gőzhőmérséklet) beépítésére végeztük el. Az energiahatékonysági indikátorok számítása: A biomassza kazán tervezett éves energiatermelése 3 500 óra csúcskihasználási idő esetén: 126 000 GJ A tervezett kazán hatásfoka: 89 % A hőtermelés tüzelőanyag szükséglete (30 % nedvességtartalom, 10 GJ/t fűtőérték): 14 157 t/év A tüzelőanyag (faapríték) beszerzési költése 10 000 Ft/t beszerzési árral számolva: 141 576e Ft/év. A kiváltott, megtakarított földgáz: 4 164 000 m3/év A kiváltott, megtakarított földgáz költsége: 229 636e Ft/év A tervezett biomassza kazán beruházási költsége 300 EUR/kW fajlagos értékkel számolva: Bi = 750 000e Ft (3 000 000 EUR)
A biomassza bázisú termelés gazdaságossági értékelése
420 C 420 C 700 C 800 C 850 1.100 C 150 C
quench cooler (150 170 C ) stack (70m, < 160 C) bag filter (150 bis 170 C) cylones (efficiency 70 %) injection of activated carbon + hydrated lime
Összegzés A Nyugat-dunántúli régió Területfejlesztési programja jövőképeinek egyik kulcseleme többek között - az innováció fejlesztés és a környezet állapotának megőrzése. A program támogatja a megújuló energiaforrásokat használó gazdasági szervezeteket is. A környezet-gazdálkodási program a megújuló energiaforrások felhasználását sürgeti. Felmérések szerint [53] jelentős területeken létesíthetők energetikai faültetvények a Kisalföld egyes, jelenleg nem megfelelően hasznosított területein. A jövőben számolni kell az energetikai faültetvényekre alapozott energiatermelés (falufűtőművek, városi fűtőerőművek) fejlődésével. [76] A hőtermelő berendezések műszaki állapota miatt a fűtőerőműben a következő években jelentősebb fejlesztést, korszerűsítést kell végrehajtani. Vizsgálataink szerint a megújuló energiaforrásokra (faapríték) alapozott új gőzkörfolyamatok energetikai korszerűsége meghaladja a fűtőerőmű jelenlegi kapcsolt energiatermelést megvalósító gőzkörfolyamatainak energetikai korszerűségét. Amennyiben a biomassza tüzelőanyag ellátás hosszú távú 10 évre szóló szerződésekkel garantált áron megoldható, úgy a fűtőerőmű fejlesztése biomassza bázison is, javasolható. A fűtőerőmű rövidebb távú 2010 ig történő fejlesztésénél 1 db 10 MWth teljesítményű biomassza tüzelőanyagú gőzkazán beruházásával és a meglévő fűtőturbinák megtartásával célszerű számolni. A fűtőerőmű hosszabb távú 2010 utáni fejlesztésére új biomassza tüzelőanyagú kazánokat, a gőzkörfolyamat korszerűsítését célszerű figyelembe venni. A korszerűsítésre javasolt típusokat a 7.5. táblázatban foglaltuk össze. Biomassza tüzelőanyag felhasználás esetén a szén-dioxid kibocsátás környezet semlegesnek tekinthető, melynek következtében mintegy 7 786 tonna/év szén-dioxid kvótacsökkentés érhető el. Ennek támogatása az EU direktíva szerint 19 MFt-ra tehető, mely a fejlesztést segítő pénzforrássá tehető. A biomassza tüzelésre való áttérés az EU pályázatokból támogatható, ugyanez a fosszilis tüzelőanyagok bázisán nem érhető el. Kommunális hulladékot csak szelektív gyűjtés után, a vonatkozó tüzelőanyag szabványoknak megfelelően előkészített formában 5 % részarányban lehet a faapríték tüzelőanyaghoz hozzákeverni. A K+F tanulmány elkészítése kapcsán Németországban, Ulmban, az ott üzemelő 2004 évben üzembe helyezett biomassza fűtőerőmű működését tanulmányoztuk. A fűtőerőmű néhány fontosabb technológiai elemét a mellékletben csatolt digitális képeken mutatjuk be.
Köszönöm a figyelmüket! Dr Tóth Péter SZE Környezetmérnöki Tanszék Tel: 96/613532 E-mail: tothp@sze.hu Köszönetet mondok Zsirai Gyula úrnak a Soproni Fűtőerőmű Kft igazgatójának és Markó József igazgató úrnak.