Biomassza hasznosítás Esettanulmányok is
Fogalmak Állati hulladék Élelmiszerhulladék: emberi fogyasztásra szánt, hulladékká vált élelmiszerek, melyek éttermekben, feldolgozó üzemeken, konyhákban, az állattartó személy háztartásában keletkeznek Konyhai ételhulladék
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
Az élelmiszerhulladékok kezelésének lehetıségei Kedvenc állateledel Hıkezelés trágyázás Hıkezelés komposztálás, biogáztermelés trágyázás Égetés (közvetlen, közvetett) Elföldelés (?)
A hulladékkezelés technológiai folyamatábra
Biomassza, mint hulladék Kármentesítés, azaz veszélyhelyzet és légszennyezés megszüntetése olyan módszerrel, hogy a térségében élık életminısége és életszínvonala javuljon.
Fermentációs technológia A vizsgált technológia Földgáz hasznosítása gázturbinával Biomassza jellegő hulladékok, melléktermékek hasznosítása biogáz elıállításával, gázmotorokkal
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.
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.
Lehetséges biomassza forrás 9 14,8,6 Venyige 27 13,5 2 Szalma,2 Hígtrágya 28 13 16 Kínai nád 24 15 16 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) 216 13,5 16 Rostkender 9 4,1 22 Silókukorica 66 11 6 Főz 6 12 5 Nyár 624 13 48 Akác GJ/ha GJ/t t/ha Fajlagos energiaérték Hozam Alapanyag
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
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 31 545 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 5 218 t/év Gızerımő villamos teljesítménye, hatásfoka η KE =28,43% P KE =19,4 MW e Kiadható villamos energia 136,59 GWh/év
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
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 15 375 t/év 75 58 t/év 8 739 Nm 3 /év 9 283 t/év 44 t/év 16 17 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
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
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 15 375 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) 9 283 t/év Termesztett lágyszárú biomassza (csicsóka gumó) 6 t/év Állattenyésztési melléktermékek 16 17 t/év Gızkazán 64,19 MW t Fluidizációs tüzeléső kazán mészkı igénye 11 596 t/év Gızerımő villamos telj., hatásfoka η KE =28,31% P KE =18,2 MW e Kiadható villamos energia 134,834 GWh/év
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
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 12 58 m 3 /év 23 MJ/m 3 11,49 MW t Egyéb fermentálható szerves melléktermék (kukorica, répa) 9 283 t/év Termesztett lágyszárú biomassza (cukorrépa) 79 t/év Állattenyésztési melléktermékek 16 17 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
Változatok gazdasági értékelése A villamos energia egységköltsége, átlagára, fajlagos nyeresége 3 25 2 ka kü k áe áek 15 Ft/kWh 1 5 5 gızerımő1 gızerımő2 gızerımő3 gázgız erımő 1
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
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.
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.
Biomassza tüzelıanyagok Gazdálkodási hulladék: gabona szalma, kukorica, lomb, fa, gyógynövény, erdészeti hulladék, fő.
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 143 1 832 1 832 1 374 13,5 18 549 Kukorica 126 9 145 9 145 5 487 12 65 844 Répa 3 Lomb 4 95 4 95 4 95 1 49 5 Fa 595 595 595 2 5 12 37 14 MEZİGAZDASÁGI IPARI HULLADÉK Gyógyfüvek 3 3 3 1 3 EGYÉB HULLADÉK Erdészeti hulladék 7 7 7 1 3 12 24 Fő 1 1 1 1 1 MINDÖSSZES EN 415 41 384 5 25 115 13 29 3 8 196 63
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 12 25 3 12 36 főz 9 35 31 5 11 346 5 energiafő 12 16 19 2 12 23 4 összesen 33 8 7 936 9
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
Energiafő Biomassza tüzelıanyagok a tenyészidıben 3 kaszálást igényel főtıértéke eléri, illetve meghaladja a nyár, a főz, az akácfáét és a hazai barnaszenekét
Ütemezés biomassza 12576 7682 45276 579 84835 684 133741 123551 191332 16332 9 1 Készlet, GJ 26494 386 5514 3444 84835 684 65341 119 67781 284 63329 Betárolt, GJ 15131 174569 113296 113296 8483 5 7884 75531 113296 113296 11329 6 Felhasznált, GJ 176625 25375 17782 79252 84835 8483 5 144 119 119 45515 1413 17662 5 Beszállított, GJ TMK 25 25 25 25 1 Fő 4 4 4 4 4 4 24 Erdészeti hull. 3 3 Gyógyfüvek 619 619 619 619 619 619 37 14 Fa 2475 2475 49 5 Lomb 32922 32922 65 844 Kukorica 9275 9275 18 549 Gabona szalma HULLADÉK 468 468 6912 6912 234 energiafő 86625 86625 17325 693 86625 3465 főz 9 9 18 72 9 36 nyár TERMESZTETT dec nov okt szept aug júl jún máj ápr márc febr jan GJ
Ütemezés teljes 25 2 inertes biomassza 15 GJ 1 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12
Biomassza logisztika betakarítás
Erımő technológia kapcsolás Fluidized Bed Boiler S24 S2 S23 TMX1 7. P T5.2 18691 DRUM1 S21 S22 S19 SPHT1 ECON1 S25 S18 Air S17 19.76W H3411.3 Live steam Flue gas S1 Pe, kw S16 ST1 GEN1.12 P T 49.42 15.73 W H2356.3 Inert gas S37 FLB1 S34 S33 SP1 S12 S26 HX1 S36 S29 C1 S35 S28 S27 1.51 P T 186.42 35.84 W H 18.97 S3 CND1 V2 S13 S9 S39 S38 PUMP4 S14 Air cooler AC1 59736 S31 Q1, kw S15 DUCT1 S7 S2 S11 SP2 MODEL: CASE: GELLH1 GH1 8. P T 167.9 19.76W H71.57 V1 3. P T 146.74 2.47W H2754.1 PUMP1 S8 PUMP3 POWER: 16.74 S6 S3 S1 HR: EFF: 12848.8 28.2 PUMP2 S32 S4 DA1 FWH1 MU1 Makeup water S5
Erımő technológia emisszió légszennyezı anyag Várható maximális kibocsátás Fluidizációs tüzelésre érvényes határérték más tüzelı Berendezésekre érvényes határérték Barnaszén tüzelésére érvényes határérték por 25 15 15 15 CO 215 25 25 25 NOx (NO 2 ben kifejezve) 2 2 65 65 SOx (SO 2 ben kifejezve) 1 1 1 3 elégetlen szerves (Cben kifejezve) 4 5 5 5