Biomassza hasznosítás esettanulmányok

Előzmény, szituáció Kármentesítés, azaz veszélyhelyzet és légszennyezés megszüntetése olyan módszerrel, hogy a térségében élők életminősége és életszínvonala javuljon.

Fermentációs technológia A vizsgált technológia „Földgáz” hasznosítása gázturbinával Biomassza jellegű hulladékok, melléktermékek hasznosítása biogáz előállításával, gázmotorokkal

Fermentációs technológia Szennyvíziszap Szarvasmarha ürülék Sertés ürülék Baromfi ürülék Kommunális hulladék Előkezelő, homogenizáló Szalagprés Víztelenített iszap tároló kirothasztott Mezofil fermentor (2500 m3) Termofil Kinyert víz hasznosítás Biogáz tároló fáklya GM 2 GM 1 füstgáz Gyűjtő- kémény Gázturbina Alapanyag tárolók Elszállítás H2S mentesítő

Fermentációs technológia Eredmények A „földgáz” hasznosítása gázturbinával a határértékeken belül megvalósítható. A kommunális szennyvíziszap hasznosítása nem reális. Többi biomassza hulladék rendelkezésre állása pontosítandó, óvatosan kezelendő. Olyan kármentesítési eljárás szükséges, amely a térségben termeszthető, vagy a gazdálkodásban keletkező biomasszával kombináltan történik.

Továbblépés Kármentesítés Biomassza Nyersgáz, dúsítás és kénmentesítés nélkül (CO2 80 mol%, H2S 4000 mg/Nm3), Elődúsított gáz (CO2 33 mol%, H2S 1600 mg/Nm3), 750 000 GJ fűtőérték évente. Biomassza Melléktermékek (hígtrágya, szalma, kukoricaszár…), Élelmezési és takarmány növények (repce, silókukorica,...) Szántóföldi energetikai növények (energiafű,…) Energiaültetvények (akác, nyár,…) Erdőgazdálkodási biomassza (fahulladék,…), 1 000 000 GJ fűtőérték évente.

Lehetséges biomassza forrás Alapanyag Hozam Fajlagos energiaérték   t/ha GJ/t GJ/ha Akác 48 13 624 Nyár 50 12 600 Fűz 60 11 660 Silókukorica 22 4,1 90 Rostkender 16 13,5 216 Repce (észter) 1,8 14,8 27 Burgonya 17,4 2,3 40 Cukorrépa 39,5 1,7 67 Csicsóka Cukorcirok 28 2,4 Energiafű 15 240 Kínai nád 208 Hígtrágya 0,2 Szalma 2 Venyige 0,6 9

1.változat: Gőzkazán + fásszárú biomassza

1.változat: Gőzkazán + fásszárú biomassza Áramok Mennyiség Fűtőérték Tüzelőhő-teljesítmény Nagy inerttartalmú földgáz 100 000 000 m3/év 7,5 MJ/m3 29,76 MWt Növénytermesztési és állattenyésztési melléktermékek 31 545 t/év 8 MJ/kg 10 MWt Fásszárú termesztett biomassza 70 000 t/év 10 MJ/kg 27,7 MWt Gőzkazán - 67,46 MWt Gőzkazán mészkő igénye 5 218 t/év Gőzerőmű villamos telje-sítménye, hatásfoka KE=28,43% PKE=19,4 MWe Kiadható villamos energia 136,059 GWh/év

2.változat Fermentáció + gőzkazán (silókukorica)

2.változat Fermentáció + gőzkazán (silókukorica) Áramok Mennyiség Fűtőérték Tüzelőhő-teljesítmény Nagy inert-tartalmú földgáz 100 000 000 m3/év 7,5 MJ/m3 29,76 MWt Fahulladék, fűféleségek 15 375 t/év 10 MJ/kg 6,1 MWt Víztelenített kirothasztott iszap 75 580 t/év 3 MJ/kg 8,99 MWt Biogáz 8 739 000 Nm3/év 23 MJ/m3 7,98 MWt Egyéb fermentálható szerves melléktermék (kukorica, répa) 9 283 t/év - Termesztett lágyszárú biomassza (silókukorica) 44 000 t/év Állattenyésztési melléktermékek 16 170 t/év Gőzkazán 52,83 MWt Gőzkazán mészkő igénye 10 770 t/év Gőzerőmű villamos telj., hatásfoka E=27,81% PE=14,7 MWe Kiadható villamos energia 104,531 GWh/év

3.változat Fermentáció + gőzkazán (csicsóka)

3.változat Fermentáció + gőzkazán (csicsóka) Áramok Mennyiség Fűtőérték Tüzelőhő-teljesítmény Nagy inert-tartalmú földgáz 100 000 000 m3/év 7,5 MJ/m3 29,76 MWt Fahulladék, fűféleségek 15 375 t/év 10 MJ/kg 6,1 MWt Fás szárú termesztett biomassza (csicsóka szár) 20 000 t/év 7,94 MWt Víztelenített kirothasztott iszap 90 780 t/év 3 MJ/kg 10,81 MWt Biogáz 10 500 000 m3/év 23 MJ/m3 9,58 MWt Egyéb fermentálható szerves melléktermék (kukorica, répa) 9 283 t/év - Termesztett lágyszárú biomassza (csicsóka gumó) 60 000 t/év Állattenyésztési melléktermékek 16 170 t/év Gőzkazán 64,19 MWt Fluidizációs tüzelésű kazán mészkő igénye 11 596 t/év Gőzerőmű villamos telj., hatásfoka KE=28,31% PKE=18,2 MWe Kiadható villamos energia 134,834 GWh/év

4.változat Fermentáció + (elődúsított gáz) gázturbina (cukorrépa)

4.változat Fermentáció + (elődúsított gáz) gázturbina (cukorrépa) Áramok Mennyiség Fűtőérték Tüzelőhő-teljesítmény Elődúsított földgáz 27 700 000 m3/év 19,4 MJ/m3 21,33 MWt Biogáz 12 580 000 m3/év 23 MJ/m3 11,49 MWt Egyéb fermentálható szerves melléktermék (kukorica, répa) 9 283 t/év - Termesztett lágyszárú biomassza (cukorrépa) 79 000 t/év Állattenyésztési melléktermékek 16 170 t/év Gázturbina 40 280 000 m3/év 12,34 MJ/m3 32,82 MWt Gáz-gőz erőmű villamos teljesítménye, hatásfoka G/G=44,17% PG/G=14,49 MWe Kiadható villamosenergia 101,416 GWh/év

Változatok gazdasági értékelése

Döntés: 1. változat Előzetes vizsgálatok eredménye: Javasolt megoldás: A fermentációs technológiához képest kedvezőbb a hagyományos, égetéses kármentesítés és biomassza hasznosítás Javasolt megoldás: Fásszárú biomassza tüzelésű gőzkazán Kondenzációs gőzturbina

Következtetések A termesztett növények egységnyi területre vonatkozó legnagyobb tüzelőhő-hozama nemesnyár (130-350 GJ/ha), fűz (350 GJ/ha), energiafű (240 GJ/ha). Inertgáz (40 %) + szilárd biomassza (60 %) tüzelőanyag, fluidizációs gőzkazán, kondenzációs gőzturbina állami támogatás nélkül is gazdaságos. A kombinált kiserőmű gazdaságosságát az inertgáz alacsony ára, a kötelező átvételű villamos energia (2008-tól környezetkármentesítő erőmű is?) teremti meg, tisztes nyereséget biztosítva a termelőknek.

Tüzelőanyagok Nagy inertgáz-tartalmú földgáz: Szilárd biomassza: 100 millió Nm3/év Qü=750.000 GJ/év Szilárd biomassza: mezőgazd. hulladék: Qü= 171.000 GJ/év, egyéb hulladék: Qü= 25.000 GJ/év, termesztett en.növ.: Qü= 937.000 GJ/év, Biomassza összesen: Qü=1.133.000GJ/év.

Biomassza tüzelőanyagok Elvárások: égetéssel hasznosíthatóak, tárolhatóak, helyben termeszthetőek legyenek.

Biomassza tüzelőanyagok Gazdálkodási hulladék: gabona szalma, kukorica, lomb, fa, gyógynövény, erdészeti hulladék, fű.

Biomassza tüzelőanyagok - hulladék   terület, ha tömeg, kg/év égetésre alkalmas tömeg, t/év További igény, t/év fűtőérték, GJ/t tüzelőhő, GJ átvett adat óvatos becslés MEZŐGAZDASÁGI HULLADÉK Széna 11 Gabona szalma 143 1 832 000 1 832 1 374 13,5 18 549 Kukorica 126 9 145 000 9 145 5 487 12 65 844 Répa 3 000 Lomb 4 950 000 4 950 10 49 500 Fa 595 000 595 2 500 37 140 MEZŐGAZDASÁGI IPARI HULLADÉK Gyógyfüvek 3 30 EGYÉB HULLADÉK  Erdészeti hulladék 700 000 700 1 300 24 000 Fű 100 000 100 1 000 MINDÖSSZESEN 415 41 384 500 25 115 13 209 3 800 196 063

Biomassza tüzelőanyagok - termesztett Termesztett biomassza - kalkulált termesztés : terület, ha hozam, t/ha/év égetésre alkalmas tömeg, t/év fűtőérték GJ/t tüzelőhő, GJ nyár 1200 25 30 000 12 360 000 fűz 900 35 31 500 11 346 500 energiafű 16 19 200 230 400 összesen 3300 80 700 936 900

Biomassza tüzelőanyagok Fűz (Salix sp.) a magas vízkapacitásos állapotokat jól tűri, sőt kedveli kedvezőtlen talajokat jól tűri (rekultiváció) talajjavító és mézelőnövény

Biomassza tüzelőanyagok Nemesnyárak (Populus Cv. Sp.) telepítési lehetőségét elsősorban vízigénye korlátozza az ültetvények várható élettartama 20-25 év a telepítésről 3-4 évente lehet a hozamot letermelni

Biomassza tüzelőanyagok Energiafű a tenyészidőben 3 kaszálást igényel fűtőértéke eléri, illetve meghaladja a nyár-, a fűz-, az akácfáét és a hazai barnaszenekét

Biomassza tüzelőanyagok Akác (Robinia pseudoakacia) a laza és középkötött, homokos és vályogos, meleg talajokat kedveli egy ültetvény élettartama hozzávetőlegesen 20 év 2-5 évente vágható

Ütemezés – biomassza GJ jan febr márc ápr máj jún júl aug szept okt nov dec TERMESZTETT nyár 360000 90000 72000 18000 fűz 346500 86625 69300 17325 energiafű 230400 69120 46080 HULLADÉK Gabona szalma 18 549 9275 Kukorica 65 844 32922 Lomb 49 500 24750 Fa 37 140 6190 Gyógyfüvek 30 Erdészeti hull. 24 000 4000 Fű 1 000 250 TMK   Beszállított, GJ 176625 141300 45515 10190 10440 84835 79252 107782 205375 Felhasznált, GJ 113296 75531 78840 174569 150131 Betárolt, GJ 63329 28004 -67781 -65341 -68400 -34044 -5514 30806 26494 Készlet, GJ 100000 163329 191332 123551 133741 68400 50790 45276 76082 102576

Ütemezés – inertgáz TMK alap többlet összes jan febr márc ápr máj jún júl aug szept okt nov dec összesen TMK alap 75000 750000 többlet 18969 15660 9666 -18969 -15660 -9666 összes 93969 90660 84666 56031 59340 65335

Ütemezés – teljes

Biomassza logisztika - betakarítás

Biomassza logisztika - tárolás Fogadott biomassza feladásra vagy tárolásra kerül. Tárolás Szükséges tárolókapacitás a telephelyen: 16 000 t Minimális helyigény: 5 000 m2

Erőmű technológia - kapcsolás

Erőmű technológia - emisszió légszennyező anyag Várható maximális kibocsátás Fluidizációs tüzelésre érvényes határérték más tüzelő Berendezések- re érvényes Barnaszén tüzelésére por 25 150 CO 215 250 NOx (NO2-ben kifejezve) 200 650 SOx (SO2-ben kifejezve) 10 1000 3000 elégetlen szerves (C-ben kifejezve) 40 50