ALTERNATÍV ENERGIATERMELÉS A GYAKORLATBAN TECHNOLÓGIÁK ÉS GYAKORLATI ALKALMAZÁSOK

KÉSZÜLT AZ OBEKK ZRT. TÁMOGATÁSÁVAL

A KARBONPIAC 2009 KONFERENCIA SZAKMAI KIADVÁNYA II. RÉSZ

2009.

SZERKESZTETTE:

DR. HAJDÚ JÓZSEF

OB

EKK

ZRT

TÁM

OG

ATÁ

SÁV

AL

2

OBEKK ZRT.

Az ORSZÁGOS BIOENERGETKAI KOMPETENCIA KÖZPONT Zrt. támogatásával készült kiadvány

ALTERNATÍV ENERGIATERMELÉS

A GYAKORLATBAN

Szerkesztette:

Dr. HAJDÚ József

GÖDÖLLŐ, 2009

3

OBEKK ZRT.

Az ORSZÁGOS BIOENERGETKAI KOMPETENCIA KÖZPONT Zrt.

ALTERNATÍV ENERGIATERMELÉS

A GYAKORLATBAN

SZERKESZTETTE:

DR. HAJDÚ JÓZSEF

KÖZREMŰKÖDŐK:

Búzás János Papp Zoltán

Schrempf Norbert Sebestyén Csaba

Tátrai György Tóvári Péter

LEKTORÁLTA:

DR. TÓTH LÁSZLÓ

ISBN 978-963-269-141-1

© SZENT ISTVÁN EGYETEMI KIADÓ 2009

2103 Gödöllő, Páter Károly u. 1. Felelős kiadó: Dr. Solti László rektor Kiadóvezető: Lajos Mihály Igazgató

4

Tartalomjegyzék

1. BEVEZETÉS ................................................................................................................................... 6

2. A MEGÚJULÓ ENERGIAFORRÁSOK ÉS JELLEMZÉSÜK .................................................................. 7

2.1. Tüzelési célú szilárd biomasszák fizikai és energetikai jellemzése ....................................... 7

2.1.1. Tüzelési célra is termeszthető mezőgazdasági haszonnövények ................................. 8

2.1.2. A mezőgazdasági növénytermelés és feldolgozás melléktermékei .............................. 9

2.1.3. Főnövényként termelt energianövények .................................................................... 11

2.1.4. Erdészeti eredetű tüzelőanyagok ................................................................................ 13

2.1.5. Faipari melléktermékek ............................................................................................... 14

2.1.6. Energetikai ültetvényből kitermelt fásszárú növények ............................................... 14

2.1.7. Kommunális hulladékok .............................................................................................. 17

2.2. A megújuló energiahordozókból nyerhető gáznemű-tüzelőanyagok és motorhajtóanyagok ................................................................................................................... 21

2.2.1 Biogáz ........................................................................................................................... 21

2.2.2 Depóniagáz ................................................................................................................... 25

2.3. Növényi eredetű folyékony bioenergia-hordozók ............................................................. 26

2.3.1 Növényi olaj alapú energiahordozók............................................................................ 29

2.3.2 A bioetanol, mint motorhajtóanyag ............................................................................. 36

2.3.3 Szintetikus motorhajtóanyagok (BTL, Synfuel®, Sunfuel®) biomasszából ..................... 39

2.4. Napenergia hasznosítása .................................................................................................... 42

2.5. Szélenergia ......................................................................................................................... 49

2.6. A geotermális energiaforrások ........................................................................................... 53

2.6.1 A felszíni talajhő hőszivattyús hasznosítása ................................................................. 53

2.6.5 táblázat: Magyarországon kapható néhány hőszivattyú és jellemzőik................................ 61

2.6.2.A geotermális energia hasznosítási lehetőségei .......................................................... 62

3. A MEGUJÚLÓ ENERGIAFORRÁSOK HASZNOSÍTÁSÁNAK MEGOLDÁSAI .................................... 65

3.1. Hő- és villamos áram termelés szilárd biomasszából ......................................................... 65

3.1.1 Családi ház fűtési megoldások faaprítékkal és fapellettel ........................................... 69

3.1.2. Közösségi épületek fűtése faaprítékkal és fapellettel ................................................. 73

3.1.3. Faapríték tüzelésű távhő szolgáltató fűtőművek (falufűtőmű) .................................. 74

3.1.4. Szalmafűtésű erőmű, hulladékhő hasznosítással ........................................................ 75

3.1.5. Faapríték fűtésű villamos erőművi blokk hulladékhasznosítással .............................. 77

3.3. Hőtermelés és melegvízellátás napkollektorokkal ............................................................. 81

3.4. A geotermális energia hasznosítása a gyakorlatban .......................................................... 85

3.4.1 A termálvíz hasznosítása a mezőgazdaságban ............................................................. 85

3.4.2.Városi termál program ................................................................................................. 86

3.5. Áram- és hőtermelés biogázból ......................................................................................... 89

3.6. Hő- és kapcsolt áramtermelés növényi olajból .................................................................. 93

3.8. Bio-motorhajtóanyagok alkalmazása erőgépekben és jármű motorokban....................... 98

3.9. Áramtermelés napelemekkel ........................................................................................... 108

3.10. Áramtermelés szélerőművekkel ..................................................................................... 112

4. MINTÁK A MŰSZAKI ÉS TECHNOLÓGIAI MEGOLDÁSOKRA ..................................................... 116

4.1. Családi ház hőellátása faaprítékkal (25-30 kW) ............................................................... 116

4.2. Családi ház hőellátása fapellettel (40-50 kW) .................................................................. 117

4.3. Családi ház hőellátása fapellet tüzelésű kazánnal és napkollektorral kombinált rendszerrel .............................................................................................................................. 119

5

4.4. Közösségi épületek hőellátása faaprítékkal fűtött fűtőműből (300-600 kW) .................. 121

4.5. Közösségi épületek hőellátása gabonatüzelésű kazánnal (80-100 kW) ........................... 123

4.6. Hő- és kapcsolt áramtermelés növényi olajjal üzemelő kisebb energia-termelő (BHKW) egységekben .............................................................................................................. 125

4.7. Hidegen préselt növényi olaj motorikus használata járművekben és mezőgazdasági erőgépekben ........................................................................................................................... 128

4.8. Nedves fermentációval dolgozó biogázüzemek ............................................................... 133

4.9. Biogáz-termelés száraz fermentorokban ......................................................................... 146

4.10. Mezőgazdaságba integrált bioetanol gyártás ................................................................ 149

4.11. Családi ház áramellátása napelemekkel ........................................................................ 152

4.12. Komposzt készítése kommunális szerves hulladékokból ............................................... 155

5. KIEGÉSZÍTŐ TÁBLÁZATOK ........................................................................................................ 161

6. FELHASZNÁLT IRODALOM ....................................................................................................... 168

6

1. BEVEZETÉS

A megújuló energiahordozó felhasználásának jelentősége rendkívüli mértékben meg növekedett az elmúlt évek energiapiaci bizonytalanságai okán. A kiszámítható forrásokból származó és a világpolitikai problémáktól független megújuló energiahordozók ma szinte az egyetlen kiutat jelentik, az Európai Unió, így hazánk energiapolitikai csapdájából. A politikai és gazdasági igény azonban megelőzte ezen energiahordozók technológiai fejlesztésének ütemét. A különböző rendszerek fejlesztése és gyakorlati alkalmazása szinte egy ütemben folyt az elmúlt években. Hazánkban a témakörrel foglalkozó számos kutató és tudásközpont jelentős eredményeket ért el egy-egy részterületen, mert fejlesztési tevékenységük alapvetően egy-egy konkrét K+F programhoz, illetve ezek bemutatásához kapcsolódott. Azonban a további fejlődés érdekében igény van olyan komplex szakmai kiadványokra, amelyek átfogóan kezelik a témakör kapcsolódó területeit, objektív módon, megfelelő információkkal ki tudják szolgálni a folyamatosan bővülő alkalmazási igényeket. A biomassza eredetű energiahordozók termelésének és hagyományos felhasználásának az agrárorientáltságú Magyarországon kiemelkedő szerepe volt a múltban és lesz a jövőben. A megújuló energiahordozók között, méltán kiemelten kezelt energetikai biomassza termelés alrendszerei még hiányosak, a szakismeretek fejlődésének és rendkívül gyors fejlesztésének korát éljük. A szélenergia és a napenergia hasznosítás technológia rendszerei szintén robbanásszerű fejlődési szakaszban vannak, mely folyamatok esetében nélkülözhetetlen, hogy rendelkezzünk azokkal a szakmai háttér információkkal, amelyek révén a technológiák alkalmazására vonatkozó gazdasági döntéseinket meghozzuk. Jelen kiadványban elsődleges célunk az, hogy bemutassuk az alternatív energiatermelés jelenleg ismert, és a gyakorlati alkalmazásokban is megfelelő tapasztalati eredményekkel rendelkező technológiai megoldásait, melyek már kalkulálható, jól kiszámítható gazdasági döntésekhez kapcsolódhatnak. A könyvben bemutatásra kerülnek azok az alternatív energiatermeléshez kapcsolódó gyakorlati megoldások, amelyek a mezőgazdasági biomassza termelés energiahordozóként való definiálásának megértését segítik, illetve a különböző felhasználási területek (folyékony és szilárd bioenergia-hordozók, biogáz, napenergia, szélenergia, geotermikus energia) reális lehetőségeit tükrözhetik hazánkban. A szakterület gazdasági társadalmi beágyazódásának alapfeltétele, hogy a technológiai ismeretek megfelelő szintű megismerése megtörténjen, mert ezen folyamatok nélkül az egyes rendszerelemek hibás használata rossz irányú, kedvezőtlen rendszerhasználatot eredményezhet. A könyvben ábrák, táblázatok segítik a megismerési folyamatok felgyorsítását, mintarendszerek adnak a rendszerműködtetéshez kapcsolódó alapvető információkat annak érdekében, hogy döntéseink a hatékony és gazdaságos alternatív energiatermelési folyamatok minél eredményesebb kiválasztását eredményezzék. Gödöllő, 2009. november

Dr. Hajdú József

7

2. A MEGÚJULÓ ENERGIAFORRÁSOK ÉS JELLEMZÉSÜK 2.1. Tüzelési célú szilárd biomasszák fizikai és energetikai jellemzése

Napjaink energiatermelési és hasznosítási kérdései kihívások elé állítják mind az elméleti, mind a gyakorlati oldal szereplőit. A kutatások tendenciózus iránya azon fenntartható és környezetbarát rendszerek kialakítása, melyek integrálják a termelést, a feldolgozást és a hasznosítást, beleértve a melléktermék hasznosítást is. A termelés és előállítás fő célja a magas hozamú, nagy energia tartalmú növények termelésbe vonása. Az ilyen célú termesztett növény általános minőségi kritériumai a következők:

Optimális és hatékony tápanyag felhasználás;

Magas szárazanyag tartalom;

Nagy növényi produktum;

Betegségekkel szembeni rezisztencia;

Ne legyen invazív. Az utolsó pont szubjektivitása miatt állandó vitatéma a környezetvédők, a mezőgazdasági és erdészeti szakemberek, továbbá a műszaki-energetikai szakemberek között. A feldolgozásban és hasznosításban érdekeltek fő célja az alacsony költségű, magas fűtőértékű és folyamatosan rendelkezésre álló tüzelőanyag. A szállítási és előkészítési munkafázisok jelentősen befolyásolják a hasznosítás gazdaságosságát. Gondoljunk csak a biomassza lokális elhelyezkedésére, vagy az aprítás energiaszükségletére. A szilárd, tüzelési célú biomassza szortiment igen sokféle lehet. A jelentősebb kategóriákat, amelyeket részletesen is bemutatunk az 2.1. ábrán foglaltuk össze.

2.1. ábra: Biotüzelőanyagok osztályozása

Forrás: IEA

8

2.1.1. Tüzelési célra is termeszthető mezőgazdasági haszonnövények Az energiacélú növénytermesztés egyik perspektivikus módja a mezőgazdasági haszonnövények alkalmazása, hiszen ezek agrotechnikája jól kidolgozott, gépesítésük megoldott és megbízhatóan jó termésátlaggal termeszthetők, jól tárolhatók és kedvező az energiasűrűségük. Ide soroljuk az alábbiakat:

Búza

Kukorica

Rozs

Tritikálé A felsorolt növények energetikai céllal történő termesztésbe vonása azért is indokolt, mert a napjainkban tapasztalható élelmiszer túltermelésre is alternatív választ adhat, továbbá beruházás és átképzés nélküli megoldást kínál a vidék számára.

2.1.1. táblázat: Energianövények tervezett vetésterülete az EU-25 tagállamokban

Megnevezés Vetésterület

(1000 ha)

2000-2004 2010 2020

Zöld biomassza (lucerna, zöld kukorica)

917 2.161 5.271

Napraforgó 259 759 1.097

Kukorica 699 2.364 5.714

Tritikálé 240 587 1.251

Búza 2.534 5.928 12.996

Forrás: Agrifuture 2007

A gabona növényekkel szemben támasztott főbb követelmények:

megdőléssel szemben ellenálló rövid és szilárd szár

mérsékelt bokrosodás

jó télállóság

szárazságtűrés

betegségekkel szembeni rezisztencia

kiváló termőképesség. Amennyiben energetikai célra szeretnénk felhasználni egészben betakarított gabonanövényeinket, úgy a felállított követelmény rendszer további két fontos tényezővel bővül, amely elsősorban a nemesítés során jelentkezik:

nagyobb Harvest-index, ezáltal nagyobb szalma hozam,

kisebb sikér, de nagyobb szénhidrát és keményítő tartalom. A biotüzelőanyagok, mint azt a 2.1. ábra is mutatja számos termelőágazatból kerülhetnek ki, így energetikai és tüzeléstechnikai tulajdonságaik eltérnek. A lágyszárú növények esetén

9

ismeretes alacsony olvadáspont általánosságban elmondható, azonban a hamutartalom elsősorban termesztés-, betakarítás- és feldolgozás technológiától függ. A fűtőérték, mint a tüzelőanyag elsőszámú jellemzője szintén széles határok között mozoghat, tekintettel nedvességtartalmára, összetételére. A tüzelőanyagok jellemzésénél a fontosabb energetikai tulajdonságok részletesen ismertetésre kerülnek. 2.1.2. A mezőgazdasági növénytermelés és feldolgozás melléktermékei Gabona szalma A gabona szalma több európai országban jelentős potenciált ad/adhat az energetika szektornak. Alkalmazását két dolog indokolja és segíti elő. Elsőként említhető a jelenleg ésszerűtlenül a tarlón hagyott, a talajba visszaforgatott szecska, amely természetes úton nehezen bomlik le, másodikként pedig a lecsökkent állatállomány miatt jelentkező nagy szalmamennyiség. Alkalmazásának további előnye, hogy begyűjtésére kidolgozott gépi technológiák állnak rendelkezésre, illetve bálázott formában gazdaságosan szállítható és tárolható. Tüzeléstechnikai jellemzői megfelelőek, azonban az alacsony hamuolvadáspont miatt speciális, lágyszárú növényekhez kialakított tüzelőberendezésekben tüzelhető el. Kukoricaszár és kukoricacsutka A kukoricaszár és a kukoricacsutka az egyik legnagyobb mennyiségben keletkező melléktermék, amelyből évente megközelítőleg 15 millió tonna keletkezik. Elsősorban a kukoricaszár lehet potenciális tüzelőanyag, azonban a késő őszi betakarítás miatt a magas nedvességtartalom nehezíti a közvetlen felhasználást, a természetes száradáshoz szükséges tárolás viszont a nagy tömeg miatt nem, vagy gazdaságtalanul oldható meg. Kísérleti megfigyelések alapján megfelelő aprítás és tárolás esetén természetes száradás mellett 4-6 hónap alatt a nedvességtartalom lecsökkenthető megközelítőleg 20 %-ra, amely már alkalmas pelletállásra. A jövőben jelentősége lehet a teljes kukorica növény égetésének, ugyanis betakarítása megoldható, továbbá energetikai jellemzői jók. Napraforgószár Európai Unió elmúlt éves átlag napraforgótermése megközelítőleg 4 - 4.3 millió tonna volt. Irodalmi adatok alapján 1:2 szem-szár aránnyal számolva 5.000.000 tonna szár becsülhető melléktermékként, amely jelentős mennyiséget képvisel a mezőgazdasági melléktermékek között. Jelenleg szinte a teljes szármennyiséget összezúzzák és beszántják, holott a napraforgószár a betakarítás után aránylag alacsony nedvességtartalmú. Energetikai hasznosítása elsősorban helyi szinten, más energianövényekkel együtt javasolt. Napraforgó és repce préselvény Préselvény, vagy présmaradék azon szilárd fázisok gyűjtőneve, amelyek a nevezett növények olaj célú feldolgozása során keletkeznek, mint melléktermékek. Ezen anyagokra jellemző az alacsony nedvesség és a magas olajtartalom. Korábban az állattartásban hasznosították kitűnő takarmányként, azonban a napjainkra lecsökkent állatállomány már nem nyújt

10

megoldást. A magas olajtartalom miatt jó minőségű, nagy energiatartalmú tüzelőanyagként alkalmazható. Megjelenési formáját tekintve – amely préselési technológiafüggő – kettő terjedt el. Az egyik a pellet, a másik az úgynevezett zúzalék, amely lapos, szabálytalan formájú és eltérő méretű anyag. Az utóbbi energetikai alkalmazásában nehézséget okoz az eltérő frakció méret miatt, ugyanis a tüzelőberendezésbe történő adagolás közben beszorulhat az anyag, vagy jelentős apró frakció esetén eltömítheti a rendszert.

2.1.2. ábra Szőlővenyige, gyümölcsfa nyesedék

A szántóföldi melléktermékektől eltérően a szőlővenyige és a gyümölcsfa nyesedék jól lokalizálható, azonban kis területen, kisebb mennyiségben keletkező biomassza. A napjainkra kialakult különböző birtok méreteknek köszönhetően a keletkező mennyiség jelentősen szóródik, így energetikai hasznosítása elsősorban csak helyben javasolt. Kereskedelmi forgalomban kapható venyige bálázó (2.1.3. ábra), amellyel gazdaságos módon elvégezhető a begyűjtés. A venyige és a nyesedék viszonylag magas fűtőértéke miatt jól tüzelhető, azonban speciális tüzelőberendezést igényel.

2.1.3. ábra

11

2.1.3. Főnövényként termelt energianövények Energiafű (Agropyron Elongatum)

Lágyszárú energianövények között a hazai nemesítésű Szarvasi-1 energiafű bír potenciállal. A nagy terméshozam (10-23 t/ha/év) mellett, jó agrotechnikai tulajdonságokkal rendelkezik és nem utolsó sorban termesztéstechnológiája nem igényel külön gépesítést. Fűtőértéke 14-17 MJ/kg között változik, azonban energetikai jellemzői között ismeretes a magas hamutartalom és az alacsony olvadáspont, amely nehezíti a tüzeléstechnikai alkalmazását. Léteznek az eltüzelésére alkalmas, kis és közepes teljesítményű speciálisan kialakított mozgó rostélyos kazánok, amelyekben pelletált formában égethető, azonban erőművi alkalmazása jelenleg még nem megoldott, azonban jelentős fejlesztések folynak erre vonatkozólag.

2.1.4. ábra:Energiafű ültetvény és pellet

2.1.5. ábra Energiafű betakarítás technológiája

Energianád A miscanthus, közismertebb nevén kínai nád, vagy energianád távol-keleti eredetű, de Európában már több mint 70 éve szelektált növény. A nádhoz hasonló növény. Európában

12

magot nem terem, ezért rizómákról, vagy szövettenyésztéssel laboratóriumi körülmények között szaporítható, ezáltal igen költséges. A növény első évben elsősorban rizómáit fejleszti, a szármagasság 1-1,5 m, és a hektáronkénti hozam 2-5 tonna zöldanyag. A második évben a hajtásszám jelentősen megnő, a szármagasság 1,5-2 m, a hektáronkénti hozam 7-16 t. A harmadik évtől az állomány záródik. A tövek átmérője 60-70 cm-ben állandósul, és a hozam 20 – 40 t/ha zöld anyag. Betakarítása kaszáló és bálázó gépekkel történhet, de célszerűbb sorfüggetlen vágószerkezettel szerelt járvaszecskázókat használni. Tárolása hasonlóan a lágyszárú energianövényekhez megoldható fedett színben, akár aprított vagy bálás formában. Energetikai célú alkalmazásához mindenképpen valamilyen préselvény (bála, pellet, brikett) formájában kell feldolgozni.

2.1.6. ábra: Miscanthus ültetvény Energiakender

Maga a kender kétlaki, egyéves növény. Általában 1–2 méter magasra nő, magvai növényi olajokban gazdagok. A szár, főként a magasabb, idősebb növényeknél fásodó. Energia célra, tapasztalatok alapján 30-40 kg/ha vetőmag normával vetik, míg hazánkban elsősorban rost célra 80 kg/ha. A szík talaj kivételével minden talaj típuson termeszthető, azonban tápanyagigénye nagy. Jó gyom elnyomó tulajdonsága miatt növényvédelmét csak „kis korban” kell elvégezni. Az energiakender hozama 12-15 t/ha között változik. Betakarítására speciális gépre van szükség, azonban gépesítése megoldott (Fogarassy, 2001). Energetikai jellemzői jók, tüzeléstechnikai alkalmazása elsősorban pellet formájában javasolt. Cukorcirok

A cirok jelenleg a világ 5. legnagyobb területen termesztett növénye a búza, a rizs, a kukorica és az árpa után. A silócirok nagy zöldtermést adó, dús levelű, lédús szárú, nagy cukortartalmú növény, melyből származik az elnevezése is: cukorcirok illetve édescirok. A

13

szárlé cukortartalma átlagosan 12-14 %, ritkán 20 % körüli is lehet, a fehérjetartalma a kukoricáéhoz hasonló. Ezt elsősorban biogáz célra ajánlott használni, azonban létezik tüzeléstechnikai célú cirok fajta, amelynek 80-120 tonna/ha zöldtermése, azaz 20-30 tonna/ha szárazanyag hozama van. Hazai termesztésben alkalmazható C4-es növény, amely hagyományos agrotechnológiával kaszálható, majd bálázást követően szállítható és szükség szerint feldolgozható.

2.1.4. Erdészeti eredetű tüzelőanyagok

A magyarországi erdő állomány fafajok szerinti megoszlását mutatja a 2.1.2. táblázat. Látható hogy az akác a legnagyobb százalékban telepített fafaj, ezt követi a tölgy és kissé lemaradva a fenyő. A hazai erdőművelési törvény szigorú feltételrendszerében művelt területek 2006-os élő fakészlete 341,4 millió m3, 2005-ben az összes nettó fakitermelés 5,94 millió m3 volt.

2.1.2. táblázat: Magyarországi erdőállomány fafajok szerinti megoszlása

Fafaj(csoport)ok 2004. I. 1. 2005. I. 1.

%

Tölgy 20,5 20,7

Cser 11,4 11,2

Bükk 6,0 6,0

Gyertyán 5,5 5,4

Akác 22,6 22,9

Egyéb kemény lombos

4,8 5,0

Nyár 10,3 10,3

Egyéb lágy lombos 5,6 5,6

Fenyő 13,3 12,9

Összesen 100,0 100,0

A fásszárú növények energetikai jellemzői jók, fűtőértékük kicsit magasabb a lágyszárúakénál, hamutartalmuk alacsonyabb. Részletes eredményeket a 2.1.4. és a 2.1.5. táblázat tartalmaz. Vágástéri hulladék Ezen gyűjtő fogalomba tartozik minden, a fakitermelés melléktermékeként keletkező gally, kéreg és egyéb famaradványok, amelyek ipari célra nem hasznosíthatóak, azonban energetikai célra megfelelő. Mennyisége Magyarországon megközelítőleg 1 millió m3, azonban keletkezése decentralizált, így begyűjtése nehéz, élőmunka igénye nagy. Ezen anyagok szennyezettsége jelentős, ezért hamutartalma magas, fűtőértéke pedig alacsonyabb a tűzifánál. Az észak-európai országokban, ahol jelentős erdőgazdálkodás folyik, ezen anyagok begyűjtésére speciális célgépeket alkalmaznak (2.7. ábra). Ezek beruházási ára jelentős, így a magyarországi birtok méretek és termelési rendszerek alapján jelenleg nem gazdaságos.

14

2.1.7. ábra: Vágástéri hulladék gépesített begyűjtése és bálázott „termék” 2.1.5. Faipari melléktermékek Ebbe a kategóriába soroljuk a fafeldolgozás során keletkező ipari melléktermékeket és hulladékokat, amelyek elsősorban forgács és fűrészpor formájában jelentkeznek. A 2.8. ábrán látható feldolgozási folyamat ábrán követve a termékek százalékos keletkezését és figyelembe véve a hazai, 2005-ben kitermelt 5.940.000 m3 famennyiséget kiszámolható, hogy az éves fűrészpor és faforgács mennyisége megközelítőleg 535.000 m3. Természetesen ebben nincs benne az import fűrészipari alapanyagokból származó melléktermékek mennyisége.

2.1.8. ábra Faipari feldolgozás folyamatábrája

2.1.6. Energetikai ültetvényből kitermelt fásszárú növények Az energetikai faültetvények definiálása és jogi szabályozása a közelmúltban történt meg. Ennek értelmében a fás szárú növényekkel létesített, biológiai energiahordozó termesztését

15

szolgáló növényi kultúrát, amelynek területe meghaladja a 3000 m2-t tekintünk energetikai faültetvénynek. Ezen belül megkülönböztetünk:

nagyon rövid vágásfordulójú energiaültetvényt, amelynek vágásfordulója nem haladja meg az 5, fenntartási ideje pedig a 15 évet;

rövid vágásfordulójú energiaültetvényt, amelynek vágásfordulója nem haladja meg a 15, a fenntartási ideje pedig a 20 évet;

sarjaztatásos cserjeültetvény, amely energetikai ültetvényekhez engedélyezett, nem karógyökérzetű, nem invazív, szántással, talajmaró eszközzel felszámolható fafajból létesítettek.

Az energiaültetvény telepítésének legfontosabb lépései:

Talaj vizsgálat

Talaj előkészítés

Telepítendő dugványok kiválasztása

Telepítési technológia összeállítása

Telepítés Energetikai ültetvény létesítésére alkalmas legfontosabb fásszárú növények. Nyár Nemesnyárak (Populus sp.): keresztezéssel és vegetatív szaporítással előállított klónok. Magyarországon a korábbi évtizedekben elsősorban erdészeti szempontok figyelembe vételével honosították. Európában ígéretes energia-klónokat állítottak elő, melyekre jellemző a hektáronkénti nagy hozam, a viszonylag alacsony nedvességtartalom, és a magas fűtőérték. A nyárfa intenzív növekedésű, nagyobb részük ismételt vágást követően is jól sarjad. A termőhelyüket illetően igényesek. Tápanyagban gazdag, jó vízellátottságú, vastag termőrétegű talajon számíthatunk nagy hozamra. Az ültetvények rövid idejű elárasztást is elviselnek, de pangóvizes területen elpusztulnak. Fűz Fűzfélék. Nedves termőhelyet igényelnek. Jó termőhelyre akkor kerülnek, ha a talaj öntéstalaj, viszonylag magas iszapfrakcióval rendelkezik, víztartó-képessége jó. A talajvíz 1 m körüli mélységben található, vagy a terület viszonylag gyakran kap/kaphat elárasztást. A fűzekkel külföldön és Magyarországon is folytak (folynak) kísérletek. Az energetikai célú fajták illetve klónok szelektálását jelenleg is folyamatosan végzik. A fűzfélék hozama megfelelő termőhelyi viszonyok mellett igen jó. A telepítést követő évben a hozam 8-10 t/ha volt, az ismételt betakarítások közben 20-40 t/ha/év hozam is elérhető volt. Betakarításra létezik függesztett, vontatott és magajáró gépi megoldás. A birtokméret, a telepítési mód, a domborzati viszonyok mind befolyásolhatják a gép kiválasztását.

16

2.1.9. ábra: Magajáró ültetvény betakarítógép Akác Akác (Robinia pseudoacacia): Honosodott fafaj. Fény- és hőigényes, gyorsan növő, jól sarjaztatható fafaj. Magyarországon igen elterjedt. Középkötött, homokos, megfelelő pórushányaddal és humusztartalommal rendelkező meleg talajt kedvel. Félszáraz, üde és félnedves termőhelyeken is jó növekedésű. Gyökerein nitrogénkötő baktériumok szaporodnak el, melyek a talajban levő szerves anyagok bomlását segítik. Már fiatal korban igen intenzíven növekszik. Tuskóról és gyökérről jól sarjad, ezért rövid vágásfordulójú ültetvények esetében „elvadulhat”, ami az ültetvény gépi betakarítását megakadályozza, így a hosszú vágásfordulójú energia ültetvényeknek lehet alkalmas növénye. Nemesítéssel sikerült a fák hozamát a korábbinak háromszorosára növelni. Térfogat-hozama ugyan nem éri el a jó termőhelyen növő nyárakét, de betakarításkori nedvességtartalma mintegy 10%-kal kisebb.

17

2.1.3. táblázat: Fásszárú energiaültetvény szervezési és technológiai fázisai

Munkafázis

előkészítés

Termőhely feltárás Ültetvény tervezés

Termeltetési szerződés Szükséges gépbeszerzés és/vagy bérvállalkozói szerződés Szaporítóanyag beszerzési szerződés előkészítése és/vagy

szaporítóanyag előállítás Kiviteli terv elkészítése

Engedélyeztetés

1. év

Tápanyagpótlás szükség szerint Talaj előkészítés - mélyszántás

Kereszt vagy haránt irányú szántás Ültető ágy talaj előkészítése

Ültetés (Kézi vagy gépi) Ültetvény gondozás (pótlás, ápolás)

Tápanyagpótlás szükség szerint Ápolás szükség szerint (vegyszeres és/vagy mechanikus gyomirtás,

kártevő elleni védekezés)

2. év Ápolás szükség szerint (vegyszeres és/vagy mechanikus gyomirtás,

kártevő elleni védekezés)

3. év Ápolás szükség szerint (vegyszeres és/vagy mechanikus gyomirtás,

kártevő elleni védekezés)

4. év

Betakarítás (kézi vagy gépi) Szállítás

Tápanyag pótlás Ültetvény ápolás (gomba védelem)

Biomassza tárolása/szárítás Tüzelőanyag feldolgozás szükség szerint

* egyes növények esetében és technológiától függően az időbeni ütemezés változhat. 2.1.7. Kommunális hulladékok

Szelektíven gyűjtött hulladék A hazai hulladékgazdálkodási rendszerben lassú, de fejlődő tendenciát mutat a szelektív hulladékgyűjtés. A begyűjtött hulladék feldolgozásának, újrahasznosításának technológiai feltételrendszere adott, azonban beruházást igényel, továbbá ezen tisztító-, osztályozó-, aprító gépek üzemeltetése szintén költséges dolog. Abban az esetben, ha folyamatos és megbízható minőségű, lehetőség szerint homogén „terméket” sikerül előállítani, akkor mint alternatív tüzelőanyag léphet a piacra. Természetesen a hulladék válogatáson nagy hangsúly van, hiszen a környezetszennyező műanyagok és egyéb veszélyes anyagok nem kerülhetnek bele ebbe a körbe. A megfelelő műanyag-papír keveréknek magas fűtőértéke van és nem tartalmaz káros anyagokat. Szennyvíziszap A szennyvíziszap fogalmát különböző jogi előírások és műszaki irányelvek határozzák meg. Ezen definíciók sokszor nem azonosak, egymással nem harmonizálnak, ezért volt szükséges egy egységes formára, melyet a DIN EN 12832 számmal „Iszapkezelés- és ártalmatlanítás

18

fogalmai” címmel szabványban rögzítettek. Eszerint tehát: „Az iszap víz és szilárd anyag keveréke, amelyet a víztől természetes vagy művi folyamatokkal választanak el. A szennyvíziszap a szennyvíz kezelésénél leválasztott iszap.” A szennyvíziszap elterjedt hasznosítási lehetőségei:

Lerakás (~ 40 %) Mezőgazdasági talajerő visszapótlás (~ 37 %) Égetés (~11 %) Tengerbe juttatás (~ 6 %) Egyéb eljárások (~ 6 %)

A napjainkban leginkább terjedő megoldás a termikus kezelés (égetés, gázosítás, pirolízis, aerob erjesztés), amely egyben energiatermelő megoldás. Számos kutatás folyik a hasznosíthatóságára, azonban az égetés az egyik legelterjedtebb megoldás, melynek két módszere ismert:

Különleges égetés: az előkezelt szennyvíziszapot speciális kazánokban égetik el, ahol nagy figyelmet kell fordítani a füstgáztisztításra.

Együttégetés: ebben az esetben a nedvességtartalom csökkentése érdekében a szennyvíziszapot bekeverik valami más tüzelőanyaggal, javítva ezzel a fűtőértéket és a berendezés energetikai és környezeti hatásfokát. Ez a módszer terjedt el jobban, elsősorban széntüzelésű erőművekben.

Mindkét megoldás esetén a folyamatos füstgáz monitoring szükséges és biztosítani kell a megfelelő füstgáztisztítást. A 2.1.10. ábrán látható a szennyvíziszap együtt égetésének teljes folyamata.

2.1.10. ábra: Szennyvíziszap égetés folyamatábrája

Besűrítés

< 6 % sz.a.

Előzetes víz-

telenítés 20-30 %

szárazanyag.

Részleges szárítás

60-70 %

szárazanyag

Darabolás, keverés

> 90 %

szárazanyag

Kazán

Füstgáz-

tisztítás

Nedves

füstgázmosó

Elektro-

sztatikus

szűrő

Gőz-kondenzáció

Gőzök

Szén

vagy biomassza

bekeverés

szennyvíziszap

hamu,

reakciótermékek

füst

gáz

19

2.1.4. táblázat: Tüzelhető szilárd biomasszák energetikai jellemzői

Megnevezés Hozam Fűtőérték Bruttó energiahozam

(MJ/ha)

Olajegyenérték (toe/ha) (t/ha) (MJ/kg)

Búza 3-5,2 15,32-17,57 45960-92360 1,097-2,205

Rozs 1,5-2,7 14,96-17,43 22440-47060 0,535-1,124

Kukorica 3,5-7,6 16,5-17,87 57750-135810 1,379-3,243

Kukoricaszár 5,2-11,4 16-17,5 83200-199500 1,987-4,764

Kukorica csutka - 16,16-17,4 - -

Gabona szalma 1,5-3,5 15-16,77 22500-58690 0,537-1,401

Repceszalma 2,5-5,8 13-15 32500-87000 0,776-2,077

Repce préselvény

0,6-1,3 19,57-21,5 11740-27950 0,280-0,667

Napraforgószár 1,9-3,5 15,2-17,45 28880-61070 0,689-1,458

Napraforgó préselvény

1,1-1,5 16,6-23,75 18260-35620 0,436-0,850

Szőlővenyige 1,0-2,0 15,23-17,23 15230-34460 0,363-0,823

Gyümölcsfa nyesedék

1,0-2,0 8,4-14,7 8400-29400 0,200-0,702

Energiafű 10,0-15,0 14,78-16,84 147800-252600 3,530-6,033

Energianád 20-25 14,67-16,8 293400-420000 7,007-10,03

Energiakender 12,1-15,0 16,03-17,25 193960-258750 4,632-6,180

Cukorcirok 20,0-26,2 14,73-16,28 294600-426530 7,036-10,187

Akác 8,0-23 16,325-18,411 130600-423450 3,119-10,113

Tölgy 11,0-20,0 9,046-18,075 99500-361500 2,376-8,634

Bükk 11,0-20,0 10,530-18,156 115830-363120 2,766-8,672

Nyár 15,0-21 11,778-18,472 176670-387910 4,219-9,265

Nyír 11,0-20,0 12,933-18,917 142260-378340 3,397-9,036

Fenyő 11,0-20,0 14,226-18,659 156480-373180 3,737-8,913

Fűz 15-25 14,34-17,98 215100-449500 5,137-10,736

Erdészeti apríték 8,0-9,0 11,6-16,7 92800-150300 2,216-3,589

Vágástéri hulladék

1,5-2 11,3-14,6 16950-29200 0,404-0,697

Fűrészpor - 12,4-17,2 - -

Faforgács - 11,8-17,8 - -

Szelektíven válogatott hulladék

- 14,3-28,6 - -

20

2.1.5. táblázat: Tüzelhető szilárd biomasszák elemi összetevői

Megnevezés Nedvesség-tartalom

Hamu-tartalom

Elemi összetevők (%)

(%) (%) C H N S O Cl

Búza 12,10 1,50 38,40 5,89 1,85 0,10 40,09 0,07

Rozs 10,50 1,70 39,70 5,12 2,13 1,20 39,59 0,06

Kukoricaszem 8,60 1,66 43,20 5,31 1,88 0,26 39,06 0,03

Kukoricaszár 9,56 3,49 42,22 4,84 2,64 0,10 37,10 0,05

Kukorica csutka 7,47 1,13 44,94 4,79 0,43 0,26 40,93 0,06

Gabona szalma 13,10 8,31 37,32 4,44 0,46 0,26 35,86 0,25

Repceszalma 7,50 2,80 42,60 5,51 0,96 0,08 40,51 0,04

Repce préselvény

2,46 5,70 47,80 6,74 4,60 0,58 32,10 0,02

Napraforgószár 7,63 4,20 42,47 5,21 2,76 0,20 37,45 0,08

Napraforgó préselvény

9,27 5,40 43,73 5,80 3,62 0,36 31,72 0,10

Szőlővenyige 29,04 4,42 33,07 3,70 0,59 0,08 28,94 0,16

Gyümölcsfa nyesedék

27,00 0,73 36,55 4,46 0,14 0,04 31,05 0,03

Energiafű 9,00 5,50 46,45 6,01 1,50 0,20 31,22 0,12

Energianád 14,54 2,61 40,41 4,92 0,28 0,05 37,09 0,10

Energiakender 6,68 3,40 43,57 4,79 0,56 0,15 40,78 0,07

Cukorcirok 9,96 11,56 39,48 5,93 0,34 0,08 32,62 0,03

Akác 10,00 0,80 44,89 5,45 0,33 0,09 38,43 0,01

Tölgy 44,00 0,50 28,07 3,34 0,11 0,04 23,93 0,01

Bükk 37,00 0,40 31,32 3,84 0,12 0,04 27,27 0,01

Nyár 32,00 0,80 34,07 4,13 0,12 0,06 28,81 0,01

Nyír 28,00 0,70 36,86 4,52 0,17 0,04 29,70 0,01

Fenyő 21,00 0,58 40,58 4,94 0,13 0,05 32,71 0,01

Fűz 47,00 0,9 26,24 2,85 0,41 0,04 22,52 0,01

Erdészeti apríték

26,00 6,20 31,47 4,20 0,14 0,04 31,92 0,03

Vágástéri hulladék

23,00 7,80 32,32 4,45 0,18 0,03 32,19 0,03

Fűrészpor 5,24 0,44 46,30 5,25 1,85 0,18 40,72 0,02

Faforgács 5,06 1,30 48,10 4,93 1,78 0,13 38,67 0,03

Szelektíven válogatott hulladék

3,44 5,73 70,48 9,38 0,88 0,28 9,46 0,35

21

2.2. A megújuló energiahordozókból nyerhető gáznemű-tüzelőanyagok és motorhajtóanyagok 2.2.1 Biogáz A biogáz szerves anyagok anaerob erjedése során képződő, a földgázhoz hasonló légnemű energiahordozó. Biogáz előállítására elsősorban az élelmiszergazdaságban vagy a kommunális területen keletkező szerves anyagok alkalmasak. A biogáz termelés során a biomasszában tárolt kémiai energia nyerhető ki metán formájában. A biológiai metántermelés három mikrobiológiai tevékenységre vezethető vissza, amelyek egymásra épülnek és természetes körülmények között nem lehet azokat elválasztani. A folyamat az alábbi lépéseket foglalja magába:

a szervesanyagba található fehérjék, zsírok, keményítők, cellulózok stb. hidrolízises lebontása egyszerűbb alkotóelemekre, termentatív baktériumok terén;

az aminósavak, zsírsavak, cukor, alkohol tovább bontása ecetsavakká és hidrogénné, ecetsavképző baktériumok által;

az ecetsavakból és alkoholból - metán és széndioxid - biogáz előállítása metánképző baktériumok révén.

2.2.1. ábra: A biogázképződés folyamata A biogáz-termelés szempontjából jó szubsztrát összetevők a cukor, keményítő és a zsírtartalmú alapanyagok, kevésbé jó alapanyag a fehérje. A biogáz-termelésre jelentős

Alapanyag, szubsztrát (cellulóz, szénhidrát, zsír)

Hidrolízis fermentatív baktériumok

Egyszerű organikus alkotó elemek (aminósavak, zsírsavak, cukor,

alkohol

Ecetsavképző baktériumok

Ecetsavak (CH3COOH) Hidrogén (H2)

Metánképző baktériumok

Biogáz Metán (CH4), Széndioxid (CO2)

22

kihatással van a hidrolízis fázis sebessége, amelynek során a hidrolizáló baktériumok képesek lebontani a szubsztrát molekulákat és saját anyagcseréjüket fedezik a lebontott összetevőkből. A metán 70 %-a acetátból képződik ebben fontos szerepet kapnak az acetogén baktérimok, amelyek zsírsavakat, mono-szacharidokat és a többi szerves savat acetáttá és hidrogénné dolgozzák fel. Ugyanakkor szoros együttműködésben tevékenykednek a metán képző baktériumokkal, amelyek a hidrogénből állítják elő a metánt. Az eddigiekből is látszik, hogy a kedvező biogáz-termelés többféle mikroorganizmus hatékony együttműködése során jöhet csak létre, és a különböző technológiáknak ennek optimalizálására kell megoldást találni. A folyamatot szemlélteti a 2.2.1. ábra. A biogáz-termelés két hőmérsékleti tartományban zajlik a gyakorlati technológiáknál:

mezofil tartományban (30-40 Cº-on)

termofil tartományban (50-60 Cº-on) 2.2.1. táblázat: A fontosabb biogáz alapanyagok (szubsztrátok) és a belőlük nyerhető biogáz, ill. metán mennyisége

Sor- szám

Alapanyag szubsztrát Szárazanyag-tartalom

(%)

Biogázhozam (m³/t)

Metán (CH4) tartalom

(%)

I. 1. 2. 3. 4. 5.

Állati trágyák Marhatrágya Sertéstrágya

Baromfi trágya Marha hígtrágya Sertés hígtrágya

25-30 20-25 30-35 8-11 7-8

40-50 50-60 70-90 20-30 20-35

60 60 60 60

60-70

II. 1. 2. 3. 4. 5.

Szántóföldi növények Silókukorica

Kalászos teljesnövény Cukorrépa Répalevél Fűszenázs

20-35 30-35 23-25 16-18 25-50

170-200 170-220 170-180

70-80 170-200

50-55

55 53-54 54-55 54-55

III. 1. 2. 3. 4. 5.

Élelmiszeripari telléktermék Melasz

Szőlőtörköly Gyümölcstörköly

Sörtörköly Gabona szeszmoslék

80-90 40-50 25-45 20-25

6-8

290-340 250-270 250-280 100-130

30-50

70-75 65-70 65-70 59-60 58-65

IV. 1. 2. 3.

Kommunális hulladék Konyhai élelmiszer-hulladék

Szennyvíziszap Zöldkaszálék

9-37 5-24

10-12

50-480 35-280

150-200

45-61 60-72 55-65

23

A két hőmérsékleti tartományt külön-külön és vegyesen is alkalmazza a gyakorlat. A mezofil és a termofil tartományban más-más mikrobás közösségek dolgoznak hatékonyabban. A baktériumok megfelelő táplálásához a kedvező metánképződéshez optimalizálni kell a szubsztrát összetételét. A legfontosabb szubsztrát összetevők az állati hígtrágyák, a gáztermelésük azonban alacsony (30-70 m3/t), a belőlük keletkezett biogáz metántartalma (CH4) viszonylag magas 60-70 %. Magas gázkihozatalt biztosítanak a növényi eredetű (kukorica, cukorcirok, teljes gabonanövény, cukorrépa) szubsztrát komponensek (170-200 m3/t), a metántartalom pedig 53-55 %. Ugyancsak magas gázképződés érhető el különböző élelmiszeripari törkölyökből és vágóhídi zsíros melléktermékekből (250-300 m3/t), amelyeknek a metántartalma is kedvező 65-75 %. A kommunális szennyvíziszapok rothasztásos kezelésére is jól alkalmazhatók a nedves fermentációs eljárások, amelyek az ártalmatlanítás mellett biogáz előállítására is alkalmasak. A különböző szubsztrát összetevőkből nyerhető biogáz mennyiségét és a metántartalmat szemlélteti a 2.2.1.táblázat. A klasszikus biogáz összetétele látható a 2.2.2. táblázatban.

2.2.2.táblázat: Az átlagos biogáz összetétele

Összetevő Koncentráció

Metán (CH4) 50-75 %

Széndioxid (CO2) 25-45 %

Víz (H2O) 2-4 % (20-40 Co-on)

Kénhidrogén 20-20000 ppm

Nitrogén (N2) < 2 %

Oxigén (O2) < 2 %

Hidrogén (M2) < 1 %

A biogáz átlagos fűtőértéke 6 kWh/m³ (21,6 MJ/m³), 1 m³ biogáz 0,6 liter fűtőolajat képes helyettesíteni. A metánképződés időtartama a mezofil fázisban lassabban folyik le mint termofil fázisban. A legtöbb technológiánál 20-30 napos kierjedési ciklusokkal lehet számolni. A biogáztermelésre többféle technológiai eljárás terjedt el a világban. Legelterjedtebbek a nedves fermentációs eljárások, ahol a szubsztrátok szárazanyag-tartalma 8-12 %, kevésbé elterjedtek a félszáraz (15-25 %) és a száraz (30-40 %) fermentációs technológiák. A nedves biogáz-termelő eljárások lehetnek folyamatosak vagy szakaszosak, félszáraz és a száraz eljárások csak szakaszos technológiákkal valósíthatók meg. A gáztermelő fermentorok is többfélék lehetnek: a nedves esetében nagy átmérőlyű tartályos, magasabb tornyos vagy csőfermentorok, a száraz eljárásnál kamrás vagy cellás megoldásúak. A technológiák fontos része az előkészítő fázis, amikor a szubsztrátot aprítani és homogenizálni kell, amely a baktériumok hozzáférhetőségét segíti elő. Az egyenletes gáz fejlődéshez és a jó gázkinyeréshez gondoskodni kell a fermentorban lévőp szubsztrát folyamatos (mechanikus vagy hidraulikus) keveréséről is. A kierjedt szubsztrátok tárolását és elhelyezését is meg kell oldani a folyamatos üzem érdekében.

24

2.2.2. ábra: Biogáztermelési technológiák

2.2.3. ábra: Klasszikus nedves fermentációs biogáz termelés folyamata

A biogáz mint energiahordozó felhasználható tisztítás és kéntelenítés után:

hőtermelésre gázégők alkalmazásával, gázmotorokban áram és hőtermelésre,

1. Szilárd istálló trágya, kommunális szerves hulladék, szennyvíziszap

Nedves fermentáció

Száraz fermentáció

2. Hígtrágya, élelmiszeripari hulladék, répaszelet, szeszmoslék

3. Silókukorica, cukorcirok, sérült gabona, rostmaradék

25

tisztítás és a metánkoncentráció növelése után gázhálózatba történő betáplálásra.

A biogázüzemek folyamatosságának biztosítására a gáz hasznosításától függően 1-3 napos gáztároló kapacitást is ki kell építeni.

2.2.3. táblázat: A biogáz és a többi gáznemű energiahordozó egyes jellemzőinek

összehasonlítása

Jellemzők Mérték- egység

Biogáz Földgáz Propán Methan Hidrogén

Fűtőérték MJ/m³ 22 36 94 36 11

Sűrűség kg/m³ 1,2 0,7 2,01 0,72 0,09

Gyulladási hőmérséklet

Co 700 650 470 600 585

Robbanási koncentráció

% 6-12 4,4-15 1,7-10,9 4,4-16,5 4-77

2.2.4. táblázat: Hektáronkénti biogáz hozam növényi eredetű alapanyagokból Nyersanyag Termés-

hozam (t/ha)

Biogáz hozam (m3/t)

Metán-tartalom (%)

Metán hozam (m3/ha)

Silókukorica 45 190 55 4700

Teljes gabona-növény (GPS)

15 200 55 1650

Cukorrépa 45 170 53 4210

Zöld kaszáló 12 170 60 1220

2.2.2 Depóniagáz

A települési szilárd hulladék lerakókban, depóniákban a tapasztalatok azt mutatják, hogy 6-7 hónap elteltével már megindul a gázképződés folyamata, amely 6-7 év után éri el a tetőpontját, majd fokozatosan csökken és 15-20 év múlva már nem gazdaságos a kitermelése. A kommunális hulladékok 40-50 %-a szervesanyag, amely a deponálás során, anaerob módon biológiailag lebomlik és gáz fejlődik. A hulladék lerakók depóniagáz termelése jelentősen elmarad a biogáz fermentorokétól. Kedvező esetben is egy tonna hulladékból 7-12 m3/t gáz keletkezik. A depóniagáz kinyeréséhez pontosan meg kell tervezni a lerakókat. Célszerű 6-8 magasságú feltöltéseket végezni és azonnal takarni, ill. szigetelni kell azokat. A vízszintes perforált gázgyűjtő vezetékeket be kell ágyazni a lerakóba. A depónia gáz kivételére szektorosan gázkitermelő kutakat kell létesíteni. A gáz kinyerése történhet kompresszoros elszívásos módszerrel, a gyűjtővezetékbe juttatva, majd víztelenítés és tisztítás után kerülhet felhasználásra. A depóniagázt a keletkezés helyén vagy annak közelében általában hőtermelésre hasznosítják. Fűtőértéke általában 14-17 MJ/m3 között alakul. Amennyiben a depóniagáz metántartalma 50-65 % között van, abban az esetben jól használható gázégőkben önállóan vagy földgázzal keverve. A 30 %-nál alacsonyabb metántartalommal a depóniagáz már stabil tüzelésre nem alkalmas.

26

2.3. Növényi eredetű folyékony bioenergia-hordozók A motorizáció kezdetén az akkori kezdetleges motorok üzemanyagaként növényi eredetű motorhajtóanyagokat használtak. Az első nyersolajmotorokat – a dízelmotorok elődjét – növényi olajjal üzemeltették, az ottómotorok üzemanyagaként is kezdetben a növényekből előállított alkohol szolgált. Ipartörténeti kuriózum, hogy a Henry Ford a híres T-modelljét szintén alkohol motorral tervezte és gyártotta, amelyet később az ásványolaj lobby nyomására alakítottak át benzin motorokra. Ezek üzemanyagába azonban még sokáig etanol volt az adalék, amely javította a benzin kompresszió tűrését. Az etanolt végül is szintén az ásványolaj lobby közreműködésével cserélték le ólomtartalmú adalékokra, amelyek közel hatvan éven keresztül óriási károkat okoztak az emberi szervezetben és az élő környezetben. Az utóbbi húsz évben a civilizált világ száműzte az ólomtartalmú adalékokat és újra alkohol alapú (ETBE, MTBE) adalékokkal javítják a benzin kompresszió tűrését és égési tulajdonságait. Az utóbbi időben a fosszilis eredetű – ásványolaj bázisú – folyékony energiahordozók drasztikus drágulása és készletek végessége még inkább az újratermelődő növényi eredetű folyékony energiahordozókra irányítja a figyelmet, amelyek részben helyettesíthetik a kőolajbázisú energiahordozókat.

2.3.1. ábra: Bio-motorhajtóanyagok előállítási lehetőségei

Azok további előnye, hogy jelentős mértékben csökkentik a levegőbe kerülő üvegház hatású gázok mennyiségét, amely köztudottan felelős a Föld légkörének a felmelegedéséért és közvetetten az egyre sűrűsödő természeti katasztrófákért. Széndioxidból csak negyed annyi kerül a levegőbe biodízel esetén, mint hagyományos gázolaj esetén 1 km út megtétele esetén. A növényi eredetű motorhajtóanyagok tehát reneszánszukat élik, amelyek jelentős támogatást élveznek a világ gazdaságilag erős régiói és nagyhatalmai mellett az egyes országok kormányai részéről is.

27

A mezőgazdasági eredetű alapanyagokból előállított bio-motorhajtóanyagok jelentősége a következő évtizedekben jelentősen növekszik. Ennek okai a motorizáció folyamatos bővülése, a motorhajtóanyagok iránti igények növekedése. Ugyanakkor a fosszilis eredetű alapanyagkészletek mennyisége behatárolt, a kitermelésük visszafogottabb lesz, nem utolsó sorban a magasabb árak és a nagyobb profit érdekében. Kedvezőtlen, hogy a fosszilis alapanyag készletek zöme politikailag instabil régiókban található, amely megnehezíti a hozzáférhetőséget. Mindezek miatt az importáló országoknak csökkenteni kell az importfüggőséget és diverzifikálni kell a motorhajtóanyag forrásokat. A legtöbb európai országban és az Észak-amerikai kontinensen határozott ilyen irányú lépések tapasztalhatók. A globális klímaváltozások miatt a legtöbb országban csökkenteni kell a CO2 kibocsájtást is, azaz mérsékelni az üvegház hatást okozó gázok légkörbe kerülését. Ennek mérséklésében fontos feladatot kapnak a növényi eredetű bio-motorhajtóanyagok. Az első és második generációs bio-motorhajtóanyagok alapanyagainak előállításában pedig meghatározó lesz a mezőgazdaság szerepe. Ez új lehetőségeket kínál az agrárium számára is. Megnő a kereslet a mezőgazdasági termékek iránt, fenntarthatóvá válik a termelés, emelkednek az árak, javul az ágazat jövedelemtermelő képessége, kiiktathatók a szubvenciók. Az élelmiszer-termelés mellett az energiahordozók előállítása is fontos szerepet kap. Ezzel az agrárium szerepe és jelentősége is várhatóan felértékelődik. A nemzetközi kutatások szerint 2020-ig a mezőgazdasági eredetű elsőgenerációs bio-motorhajtóanyagok (biodízel, biogázolaj, bioetanol) kapnak nagyobb szerepet a környezetbarát üzemanyagok között, ezt követően pedig a szintetikus (BTL, Sunfuel, Synfuel) üzemanyagok szerepe növekszik majd. Az Európai Unió is fokozatosan emeli a megújuló energiákkal szembeni elvárásokat. A legutóbbi kormányfői tanácskozásán 20 %-os részarány elérését tűzték ki célul 2020-ig az összes energiafelhasználáson belül és 10 %-os részarányt a motorhajtóanyagok esetében. Ez azt jelenti, hogy a 2010-ig direktívába foglalt 5,75 %-os bekeverési arányt közel meg kell majd duplázni. A mezőgazdaság hagyományos növényei közül több is a jövőben energianövény szerepet kaphat és a nemesítéseket, a beltartalmi mutatókat is ebben az irányban célszerű alakítani. A legfontosabb energianövényeink lehetnek: - az olajos magvak (repce, napraforgó), - a gabonafélék (kalászosok, kukorica), - a gyök gumósok (cukorrépa, burgonya), - a melléktermékek (közül a szalma és kukoricaszár), - az energiaültetvény-fa. Ezeket viszonylag nagy tömegben komplexen gépesített technológiákkal lehet megtermelni és a feldolgozásukhoz is kialakult eljárások állnak rendelkezésre. Általában többféle első és második generációs motorhajtóanyag állítható elő belőlük. A leguniverzálisabban a második generációs BTL (Biomass-to-Liquid), DME (Dimetiléter) és hidrogén előállítására használhatók fel. Egységnyi mezőgazdasági területről tiszta hozamként és hagyományos motorhajtóanyag egyenértékben is a legnagyobb mennyiségben cukorbázisú etanol és a BTL állítható elő, majd a gabona alapú etanol és a növényolaj alapú bio-motorhajtóanyagok következnek a sorban. Egy átlagos személygépkocsi 16000-18000 km futásteljesítményre képes egy hektáron előállított folyékony bio-motorhajtóanyagokkal, vagy az egy hektáron megtermelt növényi olaj bázisú motor-hajtóanyaggal 13-19 hektáron végezhető el a gépi munka.

28

2.3.1. táblázat: A bio-motorhajtóanyag előállítás alapanyagai, potenciális energianövények

Termény- alapanyag

Növényi olaj

Biodízel, biogázolaj

Bioetanol Biometán BTL DME Hidrogén

Repce × × × × × ×

Napraforgó × × × × × ×

Kalászos gabona

× × × × ×

Kukorica × × × × ×

Szalma × × × ×

Cukorrépa × × × × ×

Burgonya × × × × ×

Energiafa × × × ×

Egyéb biomassza

× × × ×

Magyarázat: BTL = Biomass-to-Liquid DME = Dimetiléter

A tendenciákat figyelemmel kísérve dinamikusan növekszenek a biodízel és a bioetanol gyártó kapacitások világszerte és így Európában is. Az európai növényi olaj alapú motorhajtóanyag és adalékgyártást, valamint a bioetanol gyártó kapacitásokat a 2005 évihez képest 2010-ig meg kell háromszorozni, 2020-ig pedig meg kellene ötszörözni ahhoz, hogy az uniós elvárások teljesíthetők legyenek.

2.3.2. ábra: Bio-motorhajtóanyagok előállítása és felhasználása

29

2.3.2. táblázat: A hagyományos és a bio-motorhajtóanyagok jellemzőinek összehasonlítása

Motor-hajtóanyag

Sűrűség (kg/l)

Fűtőérték (MJ/kg)

Fűtőérték (MJ/l)

Viszkozitás 20 Cº-n (mm²/s)

Cetán-szám

Oktánszám (ROZ)

Lobbanás- pont (Cº)

Hajtóanyag egyenérték

(l)

Hagyományos dízel

0,84 42,7 35,87 5,0 50 - 80 1

Repceolaj 0,92 37,6 34,59 74,0 40 - 317 0,96

Biodízel 0,88 37,1 32,65 7,5 56 - 120 0,91

BTL(1) 0,76 43,9 33,45 4,0 >70 - 88 0,93

Normálbenzin 0,76 42,7 32,45 0,6 - 92 <21 1

Bioetanol 0,79 26,8 21,17 1,5 8 >100 <21 0,65

ETBE 1,74 36,4 26,93 1,5 - 102 <22 0,83

Biometanol 0,79 19,7 15,56 - 3 >110 - 0,48

MTBE 0,74 35,0 25,90 0,7 - 102 -28 0,80

DME (Dimetiléter)

0,67

28,4

19,03

-

60

-

-

0,59

Biometán 0,72(2) 50,0 36,00(3) - - 130 - 1,4(4)

Hidrogén 0,016 120,0 1,92 - - <88 - 2,8

Megjegyzések: (1) = Tischer – Trops eljárással, (2) = kg/m³; (3) = MJ/m³; (4) = kg

2.3.1 Növényi olaj alapú energiahordozók A növényi olajokról

2.3.3. táblázat: Bio-motorhajtóanyag előállítására alkalmas növényi olajok főbb jellemzői

Növényi olaj Sűrűség 15 Co-on (kg/dm

3)

Fűtőérték (MJ/kg)

Kin.viszkozitás (20 Co) (mm

2/s)

Centánszám Dermedési pont (C

o)

Lobbanási pont (C

o)

Jódszám (g/100

g)

Repceolaj 0,92 37,6 72,3 40 -16/-18 317 94-113

Napraforgó olaj

0,93 37,1 68,9 36 0/-3 316 118-144

Szója olaj 0,93 37,1 63,5 39 -8/-18 350 114-138

Lenolaj 0,93 37,0 51,0 52 -18/-27 n.a. 169-192

Olívaolaj 0,92 37,8 83,8 37 -5/-9 n.a. 76-90

Gyapotmagolaj 0,93 36,8 89,4 41 -6/-14 320 90-117

Pálmaolaj (vaj) 0,92 37,0 29,4(1)

42 27/43 267 34-61

Pálmamag-olaj n.a. 35,5 21,5(1)

n.a. 20/24 n.a. 14-22

Kókuszolaj 0,87 35,3 21,7(1)

n.a. 14/25 n.a. 7-10

Megjegyzés: n.a = nincs adat (1) = viszkozitás 50 Co-on

A növényi olajakat az olajos növények termésének a sajtolásával nyerik, amelyek sokféleképpen és sokféle célra hasznosíthatók. Felhasználhatók emberi fogyasztásra, élelmiszeripari célokra, állati takarmányok komponenseként. Sokoldalúan használja azokat a

30

kozmetikai és mosószergyártás, a vegyipar, a festék és lakkgyártás, valamint az építőipar is. Készítenek belőle kenőanyagokat, hidraulika olajakat, motorhajtóanyagokat és újabban kísérleteket folytatnak motorolajként történő alkalmazásukra is. A világon a legtöbb növényi olajat szójababból állítják elő, azt követi a repcemag, majd pálmaolaj, amelynek a termelése dinamikusan növekszik és távlatilag a legfőbb növényi olajjá léphet elő. Jelentős mennyiségben termelnek még napraforgó, mogyoró, oliva, len, valamint tökmagolajat is a világon. A folyékony bioenergiahordozók előállítására alkalmas növényi olajok jobb főbb jellemzői a 2.3.4. táblázatban találhatók Közép-Kelet Európa mérsékelt éghajlati körülményei és ökológiai adottságai között a legnagyobb mennyiségben, a nagy területen, szántóföldi körülmények között, komplexen gépesített technológiával termelhető, illetve arató-cséplőgépekkel betakarítható, továbbá jól tárolható két olajnövény a káposztarepce és a napraforgó. Kémiai szempontból a növényi olajok karbonsav-észterek, amelyekben egy alkoholhoz (a glicerinhez) három zsírsav kapcsolódik (triglicerid). A zsírsavak páros számú szénatomokból állnak. A szénatomok közötti kötések lehetnek telítettek vagy telítetlenek. Motorhajtóanyagként azok a növényi olajok a kedvezőbbek, amelyekben magasabb a telítetlen zsírsavak mennyisége, és alacsony a jódszáma A zsírsavösszetétel alapvetően határozza meg a növényi olajnak azon tulajdonságait – sűrűség, viszkozitás, lobbanáspont vagy oxidációra való hajlam – amely a motorhajtóanyagkénti alkalmazásukat befolyásolja. 2.3.4. táblázat: A mérsékeltövi olajnövények olajtartalma és zsírsavösszetétele

Olajosnövény Olajtartalom %

Telített zsírsavak (%)

Telítetlen zsírsavak (%)

Repce 40-50 10-15 85-90

Napraforgó 38-52 13-18 82-87

Szója 18-24 18-20 80-82

Len 30-48 5-10 90-95

Kender 28-35 4-10 90-96

A növényi olajok mint motorhajtóanyagok A növényi olajok többféle módon alkalmazhatók a dízelmotorok hajtóanyagaként:

Hideg vagy meleg préselés és tisztítás után közvetlenül átalakított dízelmotorok esetén.

Kémiai kezelés és módosítás (észterezés) után közvetlenül a legtöbb dízelmotorban.

Különböző arányban (5-20 %) a hagyományos gázolajba keverve valamennyi dízelmotorban.

A növényi olaj motorhajtóanyagkénti alkalmazásának két útja lehetséges tehát:

Az egyik, hogy a növényi olajat alakítják át és teszik lehetővé hasonlóvá a hagyományos gázolajhoz.

A másik, hogy a motoron végeznek el olyan átalakításokat, hogy a nagy viszkozitású növényi olaj viszkozitását csökkentve a motor égésterébe befecskendezhető legyen.

31

Míg az előbbi széleskörűen alkalmazható és a jelenlegi üzemanyag-forgalmazás logisztikai rendszerébe jól beilleszthető megoldás, addig az utóbbi lokális helyi, vagy kis közösségeknél kerülhet elsősorban alkalmazásra. A jövedéki adó kezelése szempontjából is az első változat jobban követhető és ellenőrizhető, mint a második változat. Európában a növényi olaj alapú bio-motorhajtóanyagot jelenleg túlnyomó részben repcéből állítják elő. Kisüzemi körülmények között hideg sajtolással, nagyüzemi körülmények között meleg sajtolással és extrudálással nyerik ki az olajat a repcemagból. 2.3.3. ábra: A hideg préseléssel előállított repceolaj technológiai folyamata

A kisüzemi hideg sajtolással a repcemag olajtartalmának 75-85 %-a nyerhető ki, nagyüzemi meleg sajtolással és extrudálással az olajtartalom 97-98 %-a is kinyerhető. Ez utóbbi természetesen drágább és költségesebb eljárás. A továbbiakban a lokálisan alkalmazható hideg sajtolással és növényi olaj feldolgozással foglalkozunk. A repcét betakarítás után tisztítani, szükség esetén szárítani és szellőztethető tárolókban elhelyezve kell tárolni. Fontos, hogy a sajtolásra kerülő mag nedvességtartalma ne legyen töb mint 7-8 %, és szennyeződést ne tartalmazzon, mert az idegen anyagok károsíthatják a présszerszámokat. A repcemag hideg préselésére a csigás préseket alkalmazzák legelterjedtebben, egyedileg vagy csoportosan a préselési teljesítmény igénytől függően. Az egycsigás présekkel 15-80 kg, csoportosan akár 800-1500 kg repcemag préselése is elvégezhető óránként. A repce mag sajtolását általában 15-25 Cº külső hőmérsékleten végzik a csigás prések. A mag a sajtolás közben kissé felmelegszik, amely segíti az olaj kinyerését a magból. Ritkábban alkalmazzák a fűthető csigás préseket, amelyek házának egy részét elektromosan fűtik a jobb olajkihozatal érdekében. Ezzel a módszerrel legfeljebb a repce olajtartalmának 80 %-a nyerhető ki. A hidegen préselt repceolaj még 2-10 % szennyeződést tartalmaz, melyet el kell távolítani. Ez történhet ülepítéssel és szűréssel. Az olajban lévő nagyobb szilárd szemcsék több napos ülepedés során a tartály fenekére gyűlnek össze. Az

Olajosmag (100 kg)

Préselés

Olajpogácsa, dara (65 kg)

Szűretlen olaj (38 lit)

Ülepítés

Szűrés Centrifugálás

Biztonsági szűrés

Tiszta nyers olaj (35 lit)

32

ülepedett növényi olajat ezt követően finom szűrőn – átvezetve tisztítják meg teljesen. Kisüzemi és házkörüli használatra kapható teljesen automatizált, konténerbe szerelt növényi olaj előállító egység, amely összeépítve tartalmazza a repcetartályt, a prést, a szűrőt és az olajtartályt is. A helyi repcefeldolgozás előnye, hogy a visszamaradt préselvény (repcedara vagy préselvény) magas energia tartalma és tápértéke alapján állatok takarmányozására használható fel. Helyettesítheti akár a magas fehérjetartalmú szójadarát is. 2.3.5. táblázat: A hidegen préselt repceolaj motorhajtóanyagként történő felhasználásának minőségi követelményei, amely alapját képezi a DIN 51605-ös előszabványnak

33

Ahhoz, hogy a hidegen préselt repceolaj felhasználható legyen motorok hajtóanyagaként meg kell felelni a Weichenstephan-i Bajor Szövetségi Mezőgazdasági Intézet által kidolgozott RK minőségi szabvány követelményeinek, amelyet u.n. „előszabvány”-nak fogadnak el több országban is. Németországban az előszabvány a DIN V 51605 számot viseli. A hidegen préselt, szűrt, tiszta (repce) növényi olaj olyan dízelmotorokban használható fel hajtóanyagként, amelynek átalakították az üzemanyag-ellátó rendszerét. Az átalakítás lényege, hogy fel kell melegíteni a növényi olajat 80-90 ºC-ra, hogy eredeti kinemetikai viszakozitása 3-5 %-ára csökkenjen és lehetővé váljon a beadagolása a motor égésterébe. 2.3.6. táblázat: A biodízel előállításának anyagmérlege

Input Output

Repceolaj 100 lit Metanol 17,3 lit KON/NaOH 1,4 kg Foszforsav 0,4 kg Víz 11,0 lit

Energia 12,0 kWh

Biodízel 97 lit Glicerin 19,2 lit Metanol 2,5 lit

2.3.7. ábra: A hidegen préselt repceolaj viszkozitásának változása a hőmérséklet függvényében

Erre kétféle megoldás terjedt el a gyakorlatban, az u.n. egy-, illetve kéttankos módszer. Az egytankos megoldásnál a motor egy üzemanyag-tartállyal van összeköttetésben, amelybe repceolajat töltenek. A kicserélt tápszivattyú egy, az indításkor elektromosan felfűtött

34

hőcserélőn keresztül forrósítja fel az olajat, amelyet az erre a célra alkalmas adagoló szivattyú ugyancsak módosított porlasztókon keresztül juttat el a motor égésterébe. A motor üzemi hőmérsékletének elérése után a hőcserélőt a motor hűtőfolyadéka fűti és az elektromos fűtés automatikusan kikapcsolódik. A kéttankos eljárás során a motor két üzemanyagtankkal áll kapcsolatba. Az egyik (a kisebbik) üzemanyagtartályba hagyományos gázolajat, a másik (nagyobbik) tartályba növényi olajat töltenek. A motorra szintén hőcserélőt szerelnek. A motor indítása a hagyományos gázolajjal történik és az üzemi hőmérséklet elérése után az üzemanyagellátó rendszer átvált növényi olaj üzemre, amikor a növényi olaj a motor hűtőfolyadéka által fűtött hőcserélőn jut el az adagoló rendszerbe. Mindkét megoldás fontos része a váltó, vezérlő és hőmérséklet érzékelő szelepek, a biztonsági szűrők, valamint a vezérlő elektronika.

2.3.7. táblázat: A hagyományos gázolaj, a hidegen préselt repceolaj és az RME (biodízel) fontosabb jellemzői

Jellemzők Mértékegységek Tiszta repceolaj Biodízel (RME) Gázolaj

Sűrűség g/cm² 0,91-0,93 0,86-0,90 0,82-0,85

Viszkozitás 40 ºC-on mm²/s 36-38 3,5-5,0 2,0-4,5

Cetánszám 40-42 50-51 51-56

Zavarodási pont ºC -9-15 -15 -14

Lobbanáspont ºC 220 120-130 50-80

Kéntartalom mg/kg max. 20 max. 10 max. 50

Oxigéntartalom % 11 10 0

Fűtőérték MJ/kg 34-35 32-34 37-38

Fajlagos energiatartalom

kWh/lit 8,9 8,8 9,9

A nyers növényi olajok motorhajtóanyagkénti alkalmazását a nagy viszkozitásuk és a már kis hőmérsékleten (-10 Cº)-on bekövetkező dermedésük befolyásolja. Ezt a kedvezőtlen tulajdonságukat műszaki megoldásokkal kell ellensúlyozni. A gázolaj és a biodízel motorikus tulajdonságai közel állnak egymáshoz, de mindkettőnél a téli időszakba bekövetkező besűrűsödést (dermedést) adalékolással kell megakadályozni.

Az átalakított növényi olaj, mint motorhajtóanyag

A növényi olaj motorikus tulajdonságai kémiai módszerekkel a hagyományos gázolajéhoz hasonlóvá alakíthatók. Ennek többféle (észterezés, hidrogénes krakkolás, metatézis) eljárása ismeretes már napjainkban. A gyakorlatban a növényi olaj átészterezésével előállított növényi olaj-metil észterek terjedtek el, amelyeknek a tipikus képviselője a repcemetilészter (RME) vagy közismert nevén a biodízel. Az átészterezési folyamat kémiai reakció egyenlete mutatja a 2.3.8. ábrán, kivitelezése a bemutatott módon valósítható meg a gyakorlatban.

35

2.3.8. ábra: A növényi olaj átészterezésének kémiai egyenlete

2.3.9 ábra: A biodízel (RME) előállításának technológiai folyamata

Az RME (repcemetilészter) szabványosított motorhajtóanyag, amelynek összetételét a DIN EN 14214 számú szabvány rögzíti. A növényi olajból történő biodízel előállításának a folyamatát szemlélteti a 2.3.9. ábra.

A biodízel tisztán és keverve a legtöbb dízelmotorban használható hajtóanyagként. Mielőtt azonban betöltenénk a jármű vagy az erőgép tankjába, ajánlatos tájékozódni a motorra vonatkozó gyártóművi előírásokról. A tapasztalat az, hogy a korszerű motorokban ma már korlátozás nélkül engedélyezik a biodízel vagy biodízel és gázolaj keverékének a használatát, míg a tiszta növényi olaj motorhajtóanyagkénti alkalmazásához a legtöbb motorgyártó nem járul hozzá. Ezt a

Katalizátor (1,5 lit)

Tiszta nyers olaj (100 lit)

Metanol (13 lit)

Észterezés

Glicerin (17 lit)

Növényi olaj metil észter

Tisztítás katalizátor kivonása

Desztillálás Metanol felesleg

kivonás

Kondicionálás

Biodízel (97 lit)

+ = + +

1 Tri-

glicerid

Növényi olaj

3 Metanol

Alkohol

NaOH vagy

Kálilúg Nátronlúg

(mint

katalizátor))

3 Monokar-

bonsav

Metil-észtel

1 Propán-

triol

Glicerin

36

motorok átalakító készleteit gyártó és beszerelő vállalkozások pótolják úgy, hogy átvállalják a motorokra vonatkozó garanciákat. Az európai országok többségében az átalakított növényi olajokat 2010-ig 4-5 %-ban keverik be a hagyományos dízelolajba csökkentve ez által azoknak a környezetre gyakorolt káros hatását.

2.3.10. ábra: A növényi olaj észterezés gyári folyamata

2.3.2 A bioetanol, mint motorhajtóanyag

A magas cukor- és keményítő, valamint cellulóz tartalmú növényekből, ill. azok terméseiből előállított alkohol, mint motorhajtóanyag már a múlt század elején alkalmazásra került. A huszas és harmincas években 20 %-ban a benzinhez keverve „Motalko” néven benzinkutaknál is forgalmaztak. Az 1973-ban kirobbant energiaválságot követően felértékelődött a fermentációval előállított bioetanol motorikus alkalmazása, de igazán elterjedni csak Brazíliában tudott, ahol jelenleg is a gépkocsiknak 50 %-a ezt használja üzemanyagként és 20 %-ig bekeverik a benzinbe is, kiváltva az ólomtartalmú vegyületeket az üzemanyagból. Napjainkban világszerte pedig a benzinhez adalékként kevert szintetikus MTBE (metil-tercier-butil-éter) kiváltására alkalmazza a motorhajtóanyag gyártás a bioetanol bázisán előállított ETBE-t (etil-tercier-butil-étert), amely környezetbarátabb adalék, mint az elődje. Mindezek mellett több országban (Brazília, USA-Kalifornia, Svédország) a bioetanolt önállóan is alkalmazzák motorhajtóanyagként elsősorban azért mert a benzinhez képest 0,8-1,5 kg széndioxid kibocsájtást lehet megtakarítani literenként. Európában is szabványosításra került a közelmúltban az E 85-ös motorhajtóanyag, amely 85 %-ban bioetanolt és 15 %-ban pedig benzint tartalmaz. A „flexibilis üzemanyagnak” elkeresztelt környezetbarát motorhajtóanyag előnye, hogy a klasszikus felépítésű Ottó-motorokban a benzinnel vegyes üzemben is használható. Az üzemanyagátváltását a motoron elhelyezett automatika érzékeli és a mindenkori üzemanyaghoz módosítja a motor beszállítási adatait.

37

A bioetanol jellemzése A bioetanol a hat szénatomú cukrok – elsősorban glükóz, fruktóz, mannóz és glaktóz – anaerob körülmények közötti lebontása révén biológiai eljárás során keletkező alkohol. A keményítőt tartalmazó magvakból előzőleg a keményítő kioldásával, majd elcukrosításával – amely enzimkészítmények segítségével történik – jön létre a cukortartalmú elegy, amely anaerob körülmények között élesztő gombák hatására bomlik le etanolra és széndioxidra, miközben energia szabadul fel. A bioetanol gyártás egyszerűsített kémiai egyenlete:

C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2 + 92 kJ Glükóz → etilalkohol + széndioxid + energia 100 % 52 % 48 %

A bioetanol gyártás során többféle segédanyagot is alkalmaznak, úgy mint ammónium szulfátot, szuper foszfátot, kénsavat, habgátló olajat, amelyek a fermentációs folyamatokat katalizálják. Ezen túl természetesen nagy mennyiségű (2,5-3,0 szoros) vízre is szükség van a technológiához. Az etanol gyártás során az alkohol mellett értékes mellék- vagy ikertermékek (CO2 DDGS, kozmaolaj, takarmányélesztő) is keletkeznek, amelyek értékesítése révén javíthatók a főtermék gazdaságossági mutatói. 2.3.11. ábra: A bioetanol gyártás technológiai folyamata

Alapanyag

Biogáz

Földgáz

Hidrolízis (Cukrosítás)

Alapanyag előkészítés

Biomassza Többlépcsős fermentáció

Etanol motor

Generátor

Hálózat

Hulladékhő

Desztilláció

Szeszmoslék

Dehidrálás

Nedves takarmány

Etanol

Állattenyésztés

Szállítás Finomító

Száraz őrlés 100 kg kukorica

Etanol kihozatal

32,5 kg etanol

28,8 kg DDGS

30,0 kg CO2

Nedves őrlés 100 kg kukorica

29,3 kg etanol

28,3 kg CO2

20,1 kg sikér-takarmány

4,7 kg sikér

3,3 kg csíraolaj

38

A bioetanol gyártás legfontosabb alapanyagai a cukortartalmú növények (cukornád, cukorrépa, cukorcirok) a magas keményítő tartalmú gabonafélék (búza, rozs, kukorica, árpa) és burgonya, valamint a magas cellúztartalmú fák és mezőgazdasági melléktermékek, szármaradványok. Legelterjedtebben a cukrot tartalmazó növényekből, valamint az összetett cukor (glükóz) molekulákból felépülő keményítőt tartalmazó növényekből állítanak elő világszerte bioetanolt. A cellulózt, valamint pentozánokat és lignint tartalmazó rostokból felépülő faaprítékokból és szármaradványokból még kevés helyen állítanak elő etanolt. Ez utóbbiaknál savas hidrolízis során a cellulózt glükózra, a pentozánokat pedig öt szénatomos – xilózra és anarabiuózra – bontják le, amelyekből fermentációval állítható elő etanol. A gyakorlatban legelterjedtebben és legnagyobb mennyiségben cukornádból és gabonafélékből, főleg kukoricából állítanak elő bioetanolt. Európában a cukorrépa, a burgonya, valamint a rozs és az árpa is fontos alapanyagnak számít. A bioetanol tömeges előállítására mérsékelt övi éghajlati viszonyok között valószínűleg a kukoricát fogják felhasználni, ezt támasztják elő a folyamatban lévő beruházások. A gyártási folyamatokat ebben az irányban fejlesztik, amely főleg a fermentáció hatásfokának növelésére és az alkohol lepárlásához szükséges energia csökkentésére irányulnak. 2.3.8. táblázat: Bioetanol előállítására felhasználható alapanyagok és alkohol-kinyerés lehetőségei

Alapanyagok Átlagos terméshozam

Előállítható bioetanol mennyisége

Energiatartalom

Mértékegység (t/ha) (lit/t) (lit/ha) (GJ/t) (GJ/ha)

Búza 5,0 370 1850 7,8 39,0

Rozs 3,0 400 1200 8,5 25,5

Árpa 4,0 400 1600 8,5 34,6

Kukorica 6,0 370 2220 7,8 465,8

Cukorrépa 40,0 100 4000 2,1 84,0

Burgonya 25,0 80 2000 1,7 42,5

Csicsóka 20,0 80 1600 1,7 34,0

Fa (cellulóz) 20,0 280 5600 5,9 118,0

Szármaradványok (cellulóz)

5,0 130 650 2,7 13,5

2.3.9. táblázat: A dehidrált szeszmoslék összetétele

Összetevő megnevezése Mennyisége a szárítmány szárazanyag %-ában

Nyers protein 28,13

Nyers zsír 3,09

Nyers rost 4,82

Hamu 6,51

N-mentes extrakt 57,45

39

Az etanolgyártás fontos mellékterméke a magas fehérje tartalmú szeszmoslék, amelyből értékes takarmány – DDGS állítható elő. A szeszmoslék frissen is felhasználható szarvasmarhák takarmányozására, amelyet az etanolgyárak közelébe települt üzemek ki is használnak. A szeszmoslékot dehidrálják, szűréssel, préseléssel víztelenítik. Az így nyert koncentráltabb takarmányt nedves komponensként hasznosítják takarmányozásra. A víztelenített szeszmoslékból szárítás után magas fehérjetartalmú univerzális takarmány adalékot (DDGS-t) állítanak elő. A DDGS 92-93 % szárazanyag-tartalmú, főleg fehérjét, rostot és növényi zsírokat tartalmaz.

2.3.12. ábra: gabonából történő etanol előállítás technológiai folyamata 2.3.3 Szintetikus motorhajtóanyagok (BTL, Synfuel®, Sunfuel®) biomasszából A közeljövő bio-motorhajtóanyagaként prognosztizálják a szakemberek a BTL-t (Biomass-to-Liquid-et, Synfuel®-et, Sunfuel®-t), amely növényi eredetű szerves anyagokból – teljes növény szármaradványokból, faaprítékokból, hulladékokból – állítható elő, azok elgázosításával, majd a szintézis-gáz cseppfolyósításával. A BTL – motorhajtóanyag előállításának egyszerűsített technológiája a 2.3.12. ábrán bemutatottak szerint alakul. A technológia folyamat a Ficher-Tropsch szintézisen alapul. Az elgázosítás után keletkezett szintézis gáz alapvetően hidrogént, szénmonoxidot és széndioxidot tartalmaz. Amelynek kondicionálása után dízel és ottó motorok hajtóanyaga is előállítható belőle. A technológia gazdaságosan csak nagyüzemi berendezésekben valósítható meg. A technológián belül több paraméter is fontos szerepet játszik, ezek közül a legfontosabbak a hőmérséklet, a nyomás és a katalizátorok! A jelenlegi kísérleti fázisban működő üzemek hulladék fával és faaprítékkal működnek.

40

2.3.12. ábra: A BTL előállításának folyamata

2.3.12. ábra: A BTL (Biomass-to-liquid) üzemanyag előállításának lépcsői

Egy hektárról fa alapon kb. 4000 liter BTL üzemanyag állítható elő, amelynek literje 0,93 liter gázolaj energiatartalmával egyenértékű. Jelenleg a szintetikus bio-motorhajtóanyagok magas előállítási költségeik miatt nem versenyképesek más bio-motorhajtóanyagokkal és a hagyományos üzemanyaggal. Készültek azonban olyan prognózisok is, amelyek távlatilag Európa motorhajtóanyag, szükségletének akár 40 %-át is a BTL, CTL és GTL üzemanyagok adhatják. Ezek közül a CTL szénbázison (Coal to liquid), a GTL gáz bázison (Gas to liquid) előállított szintetikus üzemanyagot jelent.

Biomassza

Biomassza előkészítése

Biomassza elgázosítása

Gáztisztítás, kondicionálás

Szintézis

Termék kikészítés

BTL üzemanyag

Salak, hamu

Por, idegen anyagok

CO2 H2O

H2O

O2

H2 Melléktermékek

Biomassza

előkészítése(szá

rítás aprítás,

pelletálás)

A biomassza

elgázosítása

A gázok

tisztítása,

kondicionálása

A motor

hajtóanyag

szintézise,

folyékony

üzemanyagok

előállítása

41

2.3.13. ábra: BTL előállító üzem gépészeti berendezései

A szakmai vélemények szerint jól haladnak a szintetikus motorhajtóanyagok üzemszerű előállításának kísérletei, és úgy prognosztizálják, hogy 2030 tájékán fokozatosan felváltják az első generációs bio-motorhajtóanyagokat (biodízel, bioetanol).

2.3.10. táblázat: A bio-motorhajtóanyagok főbb jellemzői

Motorhajtó-anyag

Sűrűség Fűtőérték 20 ºC-on

Viszkozitás Cetánszám Lobbanás-pont

Hajtóanyag egyenérték

Mértékegység (kg/l) (MJ/kg) (MJ/l) (mm²/s) (ºC) (l)

Gázolaj 0,84 42,7 35,9 4-6 50 80 1

Repceolaj 0,92 37,6 34,6 74 40 317 0,96

Biodízel 0,88 37,1 32,7 7-8 56 120 0,91

BTL* 0,76 43,9 33,5 4 >70 88 0,93

* Biomass to Liquid – Fischer-Tropsch

Motorhajtó-anyag

Sűrűség Fűtőérték 20 ºC-on

Viszkozitás Oktánszám Lobbanás-pont

Hajtóanyag egyenérték

Mérték-egység

(kg/l) (MJ/kg) (MJ/l) (mm2/s) (ROZ) (Cº) (l)

Benzin (95-ös)

0,76 42,7 32,5 0,6 92 <21 1

Bioetanol 0,79 26,8 21,2 1,5 >100 <21 0,65

Metán 0,72 50 36* - 130 - 1,4

* MJ/m³

42

2.4. Napenergia hasznosítása A közvetlen napenergia hasznosítás sugárzás elnyelő berendezések alkalmazásán alapul. A termikus hasznosításra aktív és passzív elemeket alkalmaznak, míg a fotovillamos elven működő napelemekkel villamos áram állítható elő. Napkollektorok A napenergia közvetlen hő-hasznosítására szolgáló aktív rendszerek legfontosabb eleme a napenergiát elnyelő, azt hővé alakító szerkezet, amit napkollektornak neveznek. A kollektor által termelt hőt a rajta átáramló hőhordozó közeg, folyadék vagy levegő szállítja el. A kollektor hatásfok a kollektor hasznos felületére napsugárzás útján érkező hőmennyiség és a kollektor által hasznosított hőmennyiség közötti összefüggést írja le. Értékét az alábbi két veszteség típus befolyásolja:

- optikai veszteségek, melyeket a lefedés visszaverő- és áteresztő-képessége, valamint az elnyelőlemez abszorpciós képessége határoz meg. Az optikai veszteségek nem függnek a kollektor hőmérsékletétől,

- hőveszteségek, melyek nagysága a kollektor és a környezet közötti hőmérséklet különbségtől függenek.

A napkollektorok hatásfoka a nemzetközileg elfogadott hatásfokképlet alapján számolható:

= 0 - k1 X - k2 Ic X2

ahol: - a kollektor hatásfoka,

0 - a zérus hőmérsékletkülönbség melletti-, vagy optikai hatásfok, ahol 0= τ F',

- az abszorber napsugárzás elnyelési tényezője, τ - a kollektor lefedés fényátbocsátó képessége, F' - a kollektor abszorber hőszállítási (hatásfok) tényezője, k1 [W m-2 K] - lineáris hőátadási tényező (méréssel meghatározott állandó), k2 [W m-2 K2] - négyzetes hőátadási tényező (méréssel meghatározott állandó), X=(Tcav-Tca)/Ic [K m2 W-1] - a hatásfok összefüggés független változója, Ic [W m-2] - a kollektor felületre érkező globál napsugárzás,

Tcav [ C] - a kollektorban áramló hőszállító folyadék közepes hőmérséklet,

Tca [ C] - kollektor környezeti levegő hőmérséklet. Az összefüggéssel összemérhetők a különböző gyártók napkollektorai, melyhez szükségesek az adott kollektorokra jellemző tényezők, amelyeket egy akkreditált kollektor vizsgáló intézet méréssel határoz meg. A következőkben három Magyarországon forgalmazott kollektor típus összehasonlítása látható. Az SKV-3 típusú napkollektor, paraméterei a TÜV Süddeutschland 28601231-1 számú vizsgálati jelentésből származnak, a Heliostar 202 N2L típusú napkollektor állandóit egy a forgalmazó által készített árajánlat tartalmazza, míg az EURO C20 AR típusú kollektort adatai a gyártó cég honlapján közzétett műszaki ismertetőből származnak. A 2.4.1. táblázat a három kollektor típus hatásfok képletének állandóit foglalja össze.

43

2.4.1. táblázat: A különböző kollektor típusok hatásfok képletének állandói

Kollektor típus 0 k1, W/m2K k2, W/m2K2

SKV-3 0,741 3,688 0,0207

Heliostar 202 N2L 0,798 4,17 0,011

EURO C20 AR 0,854 3,37 0,0104

Az 2.4.1. táblázatban megadott tényezők felhasználásával kiszámíthatók a különböző kollektor típusok hatásfok görbéi. A számításokat elvégezve az 2.4.1. ábrán látható hatásfok diagramok adódnak, amelyek Ic = 800 W/m2 globálsugárzás értékre vonatkoznak.

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 0,05 0,1 0,15 0,2

(Tcav-Tca)/Ic [K m2 W

-1]

Hatásfok

SKV-3

Heliostar 202 N2 L-CF

EURO C 20 AR Ic = 800 W/m2

2.4.1. ábra Különböző gyártók kollektor típusainak hatásfokgörbéi

A hatásfok diagramok alapján a kollektorok rangsorolhatók. Az ábra alapján egyértelműen megállapítható, hogy a legjobb hatásfokkal az EURO C20 AR típusú kollektor rendelkezik. Ezt követi a Heliostar 202 N2L típusú napkollektor, végül pedig az SKV-3 típusú napkollektor. A napkollektorok kialakításuk szerint igen sokfélék lehetnek, ezek közül egy lehetséges csoportosítás: a lefedés nélküli síkkollektor, a síkkollektor lefedéssel, és a vákuumcsöves kollektor. A lefedés nélküli kollektor esetén a fedés hiánya, annak sugárzás elnyelő, és visszaverő hatása nem rontja a kollektor optikai hatásfokát. Ha a kollektorban áramló hőszállító folyadék közepes hőmérséklete nem, vagy nem sokkal magasabb a környezeti hőmérsékletnél, ekkor a 2.4.2. ábrán láthatóan legjobb hatásfoka az alacsony optikai veszteség miatt a lefedés nélküli kollektornak van.

44

Úszómedence fűtés

Használati melegvízkészítés

Épület fűtés

Technológiai hőtermelés

0 20 40 60 80 100 120 140 1600

20

40

60

80

100

Vákuumcsöves kollektor

Síkkollektor

Fedés nélküli

kollektor

Koll

ek

tor

hatá

sfok

, %

A kollektor és a környezeti hőmérséklet különbsége, C

2.4.2. ábra Különböző kialakítású napkollektorok hatásfokgörbéi és az egyes alkalmazások hőmérséklettartományai (1000 W/m2 napsugárzás esetén)

A fedés hiánya ugyanakkor, az „üvegházhatás” elmaradása miatt jelentősen rontja a hőszigetelő képességet. A kollektorban áramló hőszállító közeg hőmérséklet emelkedésével jelentősen nő a hőveszteség, ami rontja a kollektor hatásosságát. Fedés nélkül az abszorber konvekciós hővesztesége, különösen szeles körülmények esetén jelentős mértékű. Ezért az egyszerű kialakítású, olcsó lefedés nélküli kollektorok alkalmazása elsősorban a nyári időszakban szabadtéri úszó medencék fűtésére javasolható. A fedés nélküli kollektor üzemi hőmérséklettartománya 40 °C-ig terjed. A fedéssel ellátott síkkollektor optikai hatásfoka a fedés nélküli kollektorénál kisebb, viszont a fedés hővisszatartó hatása miatt a környezeti hőmérséklethez képest a kollektorban áramló hőszállító folyadék közepes hőmérsékletének emelkedésével a hőveszteség kevésbé növekszik. A fedéssel ellátott síkkollektor üzemi hőmérséklettartománya 20 - 80 °C-ig terjed. Egész évben üzemelő, napenergiás használati melegvízkészítő berendezésekhez elsősorban a fedéssel ellátott síkkollektorok alkalmazása javasolható. A vákuumcsöves kollektornál az üvegcsövek görbült felületéről viszonylag nagy a visszaverődés, így a legnagyobb optikai vesztesége ennek a kollektornak van. A vákuum ugyanakkor nagyon jó hőszigetelő, így jelentősen csökkenti a kollektor konvekciós és kondukciós hőveszteségét. A jó hőszigetelés miatt a vákuumcsöves kollektor kora tavaszi és késő őszi feltételek esetén is alkalmazható. Ekkor 400 – 500 W/m2 napsugárzás intenzitás mellett a kollektor és a környezeti hőmérséklet különbsége 40 - 60 °C is lehet. Ilyen üzemi körülmények mellett legjobb hatásfoka a vákuumcsöves kollektornak van. Mindezek alapján a vákuumcsöves kollektor alkalmazása főként épületek kiegészítő fűtésére és technológiai hőtermelésre javasolható. A vákuumcsöves kollektor üzemi hőmérséklettartománya 50 - 120 °C-ig terjed. Európában a telepített kollektor felületről készített statisztikák alapján megállapítható, hogy döntő többségében üvegezett, folyadék munkaközegű, sík kollektorokat alkalmaznak. Ilyen kollektor látható a 2.4.3. ábrán. Ezen kollektorok legfontosabb részegysége az abszorber

45

vagy elnyelőlemez, amely elnyeli a ráeső sugárzást, majd azt hővé alakítja és átadja az elnyelőlemezben kialakított folyadék járatokban áramló hőszállító közegnek.

2.4.3. ábra A sík kollektor felépítése

Az abszorbernek kettős követelményt kell teljesíteni: egyrészt a napsugárzás hullámhossz tartományában (0-2,5 μm) a beérkező teljes sugárzási spektrumot el kell nyelnie, másrészt az abszorber saját hőmérsékletéhez tartozó infravörös hullámhossz tartományban (2,5 μm fölött) a visszasugárzást meg kell akadályoznia. Ez a tulajdonság az ú.n. szelektív bevonattal valósítható meg. Az abszorber felület napsugárzás elnyelési tulajdonságát az ún. abszorpciós

együtthatóval ( ) jellemzik, míg a visszasugárzási veszteség a kisugárzási együtthatóval ( ) adható meg. A ma, gyártásban lévő szelektív bevonatú abszorberek abszorpciós együtthatója

legalább =0,94, de az esetek többségében ezt meghaladó érték, míg a kisugárzási

együttható =0,18 és 0,03 között változik.

A kollektor telepítésénél az energiahozam maximalizálása érdekében törekedni kell az optimális dőlésszög és tájolás megvalósítására. A maximális energiahozam a napsugárzásra merőlegesen elhelyezett felülettel érhető el. Mivel a Nap pozíciója a nap és az év során változik, ezért a maximális besugárzás csak kéttengelyű napkövető felülettel valósítható meg. Ebben az esetben az éves besugárzás 30 %-al nagyobb, mint a nem napkövető felületen. Az egytengelyű napkövető felületnek 20 %-os sugárzás nyeresége van. Megjegyzendő, hogy a napkövető beépítésének költsége nem áll arányban az ily módon hasznosítható többlet energiamennyiséggel. Így a kollektorokat általában állandó tájolással és dőlésszöggel telepítik. Magyarországon a kollektorok optimális tájolása déli irányú, az

ettől való ±30 -os eltérés nem okozza a hasznosított napsugárzás jelentős csökkenését, mint ahogy az a 2.4.4. ábrán látható.

Az optimális dőlésszög Magyarországon, egész évben üzemelő rendszer esetén 45 , míg a

nyári hónapokban 30 , a téli hónapokban pedig 65 körül van. Az aktív termikus napenergia hasznosító berendezéseket a kiépített hőtermelő kapacitás helyett a statisztikákban hosszú ideig inkább a telepített kollektor felülettel (m2) jellemezték. Így a termikus napenergia hasznosítás nem volt könnyen összehasonlítható más megújuló energiaforrásokkal és gyakran inkább kihagyták a statisztikákból. Ezt a problémát igyekszik megszüntetni a Nemzetközi Energia Ügynökség, Szolár Fűtés és Hűtés Programja (angolul:

Üvegfedé

s

Belépő folyadék

Kilépő folyadék

Keret a

tömíttéssel

Folyadék

átvezetés

Szigetel

és

Kollektor ház

Abszorber lemez

46

International Energy Agency Solar Heating and Cooling Programme – IEA SHC) és a főbb termikus napenergia hasznosítással foglalkozó szervezetek részvételével 2004 szeptemberében az ausztriai Gleisdorfban kidolgozott ajánlás (IEA SHC 2004). E szerint a fedésnélküli, az üvegfedésű és a vákuumcsöves kollektorok esetén a termikus teljesítmény (kWth – angolul: kilowatt thermal) számításához a m2-ben megadott kollektor felületet 0,7 kWth/m2 konverziós tényezővel kell megszorozni.

2.4.4. ábra A napsugárzás jövedelem változása az elnyelőfelület tájolás és dőlésszög

függvényében Napelemek A közvetlen napenergia hasznosítás egyik módja, amikor a napsugárzást fotovillamos elven működő napelemek villamos energiává alakítják. A napelemek félvezető anyagból készülnek. A félvezető anyag tulajdonságai kedvezőek ahhoz, hogy a napsugárzással érkező fotonok elektronokat szabadítsanak fel. Ekkor a félvezetőben negatív töltésű elektronok és azok párjaként pozitív töltésű lyuka jelennek meg. A szabad elektronok a szilárd anyagban határozott irány nélkül mozognak. A villamos áram előállításához viszont össze kell gyűjteni a töltéshordozókat. Ennek érdekében a félvezető anyagot két különböző tulajdonságú atommal szennyezik, így annak belsejében p-típusú és n-típusú réteg alakul ki. A két szomszédos réteg határán elektromágneses mező alakul ki, amely mentén végbe megy a töltés szétválasztás. Az elektronok az n-típusú, a lyukak pedig a p-típusú réteg felé mozognak, mint ahogy az az 2.4.5. ábrán látható. A félvezető réteg két oldalán áramelvezető kontaktusokat alakítanak ki. A hátoldalon a p-típusú réteghez csatlakozik a pozitív elektróda, míg az előoldalon a negatív elektróda található. A napelemek gyártásához több különböző félvezető anyag is megfelel, de napjainkban leggyakrabban sziliciumot használnak, ami a Földön az oxigén után a második leggyakrabban

47

előforduló kémiai elem. A szilicium főként kvarchomok (SiO2) formájában található, amelyből magas hőmérsékleten redukcióval nyerhető ki a szilicium. Következő lépésként a polikristályos sziliciumból a visszamaradó szennyeződéseket távolítják el. A polikristályos szilicium kristályok különböző orientációjúak, a kristályosodási határok által elválasztottak, amelyeket némi hatásfok csökkenést okoznak. A polikristályos szerkezet magas hőmérsékleten monokristályossá alakítható, ekkor már nincsenek kristályosodási határok, így a veszteségek csökkennek. A monokristályos szilicium gyártásához több energia szükséges ezért az drágább. A monokristályos, vagy polikristályos szilicium alapanyagot szeletelik, majd létrehozzák a töltés szétválasztó réteget és az elektródákat, így kialakítva a napelem cellát.

2.4.5. ábra A kristályos szilicium napelem felépítése, működése

A napelem cella által termelt áram a cella feszültség függvényében változik. Ezt szemlélteti a 2.4.6. ábrán az áram-feszültség (I-V) jelleggörbe. Rövidre zárt napelem cella esetén a feszültség nulla, az ekkor mérhető rövidzárási áram ISC a cellára érkező napsugárzás intenzitással arányosan nő. A napelem cella rövidzárási árama a cella hőmérséklet növekedésével kismértékben nő.

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

Napelem cella feszültség, V

Na

pe

lem

ce

lla

ára

m, A

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

Na

pe

lem

ce

lla

te

lje

sít

mé

ny

, W

Áram-feszültség jelleggörbe Teljesítmény-feszültség jelleggörbe

P M PPMPP

I M PP

V MPP V OC

ISC

2.4.6. ábra Napelem cella áram-feszültség (I-V) jelleggörbéi

48

Nyitott áramkörű napelem cella árama nulla, az ekkor mérhető nyitott köri feszültég VOC a cellára érkező napsugárzás intenzitással logaritmikusan nő. A napelem cella nyitott köri feszültsége a cella hőmérséklet növekedésével gyorsabban csökken, mint ahogy a rövidzárási áram nő. Ezért a napelem cella maximális teljesítménye és hatásfoka az emelkedő

hőmérséklettel csökken. A legtöbb cellánál 25 C-os hőmérsékletemelkedés 10 %- körüli teljesítmény csökkenést okoz. A napelem cella egy adott feszültségnél adja le a maximális teljesítményt. A 6. ábrán a teljesítmény-feszültség jelleggörbének van egy maximális teljesítményhez tartozó pontja. Az angol szakirodalomban ezt a pontot "maximum power point" -nak nevezik, rövidítése MPP. A maximális teljesítmény ponthoz tartozó feszültség VMPP kisebb, mint a nyitott köri napelem cella feszültség és az áram IMPP is alacsonyabb, mint a rövidzárási áram. A napelem cellák és modulok összehasonlíthatósága érdekében az MPP-hez tartozó teljesítményt PMPP szabványos vizsgálati feltételek (standard test conditios) mellett mérik.

Ezek 1000 W/m2 besugárzás, 25 C-os hőmérséklet és a fény spektrum air mass (AM) 1,5, ami a Földet körülvevő légréteg vastagságának 1,5-szeresén áthaladó napsugárzás spektrális eloszlását jelzi. A valós időjárási körülmények melletti teljesítmény rendszerint kisebb, mint a vizsgálati feltételeknél mért névleges teljesítmény, aminek a jelölése Wp (Watt peak). Az egykristályos szilicium modulok hatásfoka 15-18 % körül van, míg a polikristályos szilicium 13-16 %. A napelem cellákat alacsony feszültségük miatt normál üzemben egyedileg nem alkalmazzák, azokból általában sorba kapcsolva, modulokat készítenek. A modulba szerelt napelem cellákat a mechanikai stabilitás, a villamos szigetelés és az időjárás elleni védelem miatt tokozzák. Az előoldalon fedésként a jó napsugárzás áteresztő képesség miatt, alacsony vastartalmú üveget, akrilüveget, teflont, vagy más átlátszó műanyagot, a hátoldalon üveget, átlátszatlan szintetikus műanyagot pl. tedlár, vagy fémet használnak. Az elő és hátoldali fedés között a napelem cellákat műanyagba, rendszerint etilén vinil acetátba (EVA) ágyazzák

be, ami tulajdonképpen 100 C-on végzett laminálás. A laminálást követően a modult villamos csatlakozókkal látják el. Általában a csatlakozásokat a modul hátoldalán vízzáró kábelkivezetésekkel ellátott csatlakozó dobozokban alakítják ki. Rendszerint ugyancsak itt helyezik el az áthidaló diódákat, amelyek a modul részleges árnyékolása esetén megvédik az árnyékolt napelem cellát az esetleges károsodástól. Általában a modulokat kerettel is ellátják, amivel könnyebben rögzíthetők, illetve az üveg szélek mechanikai védelme is biztosított. A keret rendszerint alumíniumból készül a rozsdamentes acél és a műanyag alkalmazása kevésbé gyakori.

49

2.5. Szélenergia

A szélenergia sajátosságai, jellemzői

A szél egyike azoknak a természeti energiaforrásoknak, amelynek szerepe az emberiség története során többször is változáson ment át. Eredetét tekintve a szélenergia tulajdonképpen szintén a Nap energiájából származik, s a napsugárzás stabilitása, valamint a szél keletkezési körülményei eredményeként szintén megújuló energiaforrás. A földfelszínt érő napsugárzás erőssége nem mindenütt egyforma. Ez egyrészt földrajzi szélességtől függő tényező, mivel a különböző földrajzi szélességeken a napsugárzás beesési szöge eltérő. Függ továbbá a beeső napsugárzás erőssége attól is, hogy az adott terület felett az égbolt derült-e vagy borult. A Föld különböző részein már emiatt is különféle módon melegszik fel a talaj. A felmelegedés mértéke adott földrajzi szélességen, adott időpontban, még azonos napállás esetén is - a talaj szerkezetétől függően - eltérő lehet. Igen eltérően melegszenek fel, még azonos mértékű napsugárzás hatására is a szárazföldek különböző anyagai és a vízfelületek, attól függően, hogy mennyi energiát nyelnek el a beeső sugárzásból. A felmelegedés szempontjából csak a talaj vagy a víz által elnyelt sugárzás energiatartalma jön szóba; a visszavert sugárzás elvész, az a világűrbe távozik. A levegő pedig nem a beeső, illetve a visszavert sugárzás következtében melegszik fel, hanem a talaj vagy víz által elnyelt, és ott hosszabb hullámhosszúságúvá átalakult hősugárzás révén. Ennek eredményeként a Földön mindig vannak olyan helyek, amelyek felett eltérő hőmérsékletű nagy légtömegek helyezkednek el. A hőmérséklet-különbség azt eredményezi, hogy a levegő sűrűségében és nyomásában is különbség keletkezik. A nyomáskülönbség hatására a légkörben áramlás indul meg, s ez mindaddig fennmarad, amíg a hőmérséklet-különbség - s ezzel természetesen a sűrűség- és nyomáskülönbség is - ki nem egyenlítődik. Így jön létre Földünkön a szél. A szélsebesség nagysága függ attól is, hogy mekkora légtömegek között áll fenn a hőmérséklet-különbség. A szél annál hevesebb, minél nagyobb a légtömegek, illetve a hőmérsékletek közötti különbség. Vannak a Földnek olyan területei is, ahol a hőmérséklet-különbségek kiegyenlítődése a szomszédos helyek talajában állandó jelleggel meglévő erőteljes hőelnyelő-képesség következtében gyakorlatilag sohasem mehet végbe. Ezek a Föld legszelesebb területei, s a szélenergia hasznosítása szempontjából elsősorban ezek jönnek számításba. A különféle szelek sebessége természetesen eltérő. Az enyhe légmozgástól az óránként 100 kilométeres sebességet is meghaladó, száguldó viharokig, gyakorlatilag minden szélsebesség előfordul. Ez különösen megnehezíti a szélenergia ipari méretű felhasználását, hiszen a viharos sebességű szelek magukban a szélenergiát hasznosító berendezésekben is károkat okozhatnak. Ezért a modern szélerőműveket úgy kell megszerkeszteni és megépíteni, hogy a konstrukció védelmet nyújtson a viharkárok ellen is.

A szélenergia hasznosításának gyakorlata

A szélerőgépek segítségével a szél kinetikai energiája alapvetően mozgási, vagy hidraulikus, illetve pneumatikus energiává alakítható át. Napjainkban ezeket a konstrukciókat elsősorban a szivattyúk hajtására alkalmazzák, amelyekkel víztárolókat töltenek fel, vagy légtartályokat feltöltő légsűrítő berendezéseket hajtanak. Az így tárolt energiát a későbbiekben pl. olajmotorok, vízturbinák, vagy különféle légmotorok hajtására lehet felhasználni.

50

A 2.5.1. ábrán a jelenleg is gyártásban lévő vízhúzó változatok láthatóak. Ezek közül a legnagyobb darabszámban az amerikai rendszerű sűrűlapátozású szélmotorokat gyártják.

2.5.1. ábra Vízhúzó szivattyúkat hajtó szélmotorok

A) dugattyús szivattyú; B) membránszivattyú; C) csavarszivattyú; D) centrifugálszivattyú; E) többfokozatú centrifugálszivattyú; F) csigaszivattyú; G) kanalas láncos vízemelő;

H) mamutszivattyú

A szélerőgépek másik változata a kinetikai, majd a mechanikai energiát villamos energiává alakítja át. Ezeket a berendezéseket már szélerőműveknek nevezzük. A jelenlegi korszerű szélerőművek vízszintes tengelyelrendezésűek, mely megegyezik a szél jellemző irányával. Csoportosításuk a vízszintes tengelyen lévő lapátok száma és elhelyezése szerint is történhet (2.5.2. ábra). Az egylapátos kivitel egyszerű szerkezeti kialakítást takar, viszont nagyobb berendezéseknél akadályt jelent a lapát kiegyensúlyozása (különösen a teljesítmény növelésénél).

2.5.2. ábra A szélerőművek lapátozása

A legjellemzőbb a 3 lapátos konstrukciós kialakítás, amely a világ szélgenerátor állományának nagyobb hányadára és a legújabb típusokra is jellemző. Másik jellemző csoportosításuk az alkalmazott generátor szerint történhet. Így megkülönböztetünk szinkron és aszinkron rendszerű generátorokat.

51

A harmadik fő csoportosítási lehetőség az alkalmazási terület, mely alapján megkülönböztetünk tengeri (offshore), valamint szárazföldi körülményekre tervezett erőműveket. Ebben az esetben a lapátszabályozás az egyik legszembetűnőbb eltérés, mivel az offshor berendezések állandó lapátszög értékkel rendelkeznek, a kontinentális szélviszonyokra kialakított berendezések lapátszöge, a szélesebb alkalmazási tartomány érdekében pedig változtatható érétkű.

A szélerőművek telepítési feltételei

A szélerőművek telepítését megelőzően ellenőrizni kell az adott terület szélerőmű telepítési alkalmasságát.

A két legfontosabb szempont:

a természetvédelem és

a villamos hálózatra való csatlakozás lehetősége

Természetvédelmi területen, ill. annak közvetlen közelében, vagy várhatóan védettség alá kerülő területen nem engedélyezik szélerőmű létesítését. Ennél fogva ezeken a helyszíneken nem érdemes energetikai szélmérést végezni.

A természetvédelmi hatóság az adott területen illetékes környezetvédelmi, természetvédelmi és vízügyi felügyelőség.

Hasonló a helyzet a villamos hálózattal kapcsolatban is, hiszen ha a megtermelt villamos energiát nem tudjuk hová betáplálni, vagy a beruházás-gazdaságosság a nagy csatlakozási távolság miatt nem tartja alkalmasnak a területet, akkor szintén nem érdemes méréseket folytatni. Amennyiben az adott terület e két alapfeltételnek megfelel, úgy energetikai célú szélmérések alapján tervezhető a szélerőmű, illetve szélerőmű park létestése, üzemeltetése. A szélerőművek telepítése során számos környezet- és természetvédelmi szempontot kell figyelembe venni. Ilyenek például: az élővilágra gyakorolt hatás, az emberi környezetet érő hatások, a talaj- és a levegő szennyezése, zajterhelés, árnyékhatás, tájképi befolyás, stb. Mindezek megítélésére, a vonatkozó jogszabályok felhasználásával, azokat alapul véve, az egyes létesítési helyszínekről környezetvédelmi hatástanulmányban kell referálni az engedélyező hatóság felé. A természetvédelem és a villamos csatlakozás mellett számos más szempontot is figyelembe kell venni. Ezek közül néhány a fontosabbak közül:

- a szélsebesség nagysága - a szél fő irányai és egyezésük a nagyobb szélsebességekkel - domborzat, földrajzi elhelyezkedés - megközelíthetőség - távolság és elhelyezkedés a lakott településekhez képest

A szél sebessége és iránya általában a tengerpartokon a legkedvezőbb szélerőművek telepítésére. Itt viszonylag egyenletes és tartósan állandó irányú a szél, már viszonylag alacsony, 50 méteres magasságban is. A kontinensek belseje felé haladva, a domborzati tagoltságtól függően, mindinkább változóvá válik a szélirány, és szélesebb tartományban

52

változik a szélsebesség. Mindez továbbá, azonos magasságban, a szélsebesség csökkenésével is jár. Ez azt eredményezi, hogy kontinentális viszonyok között azonos átlagos üzemi szélsebességhez az oszlopmagasságot kell növelni.

Kontinentális viszonyok között a szélirány változatossága és a szélsebesség csökkenése végeredményben a gazdaságosság, a megtérülési mutatók romlását eredményezi. Míg a tengerpartok közelében felépülő erőművek beruházási költsége öt éven belül megtérülhet, addig kontinentális viszonyok között ez az idő akár 10-15 év is lehet. Természetesen minden egyes helyszín és terület eltérő, ezért adódhatnak kedvezőbb kontinentális területek is.

A szélviszonyokon kívül jelentős mértékben befolyásolja egy beruházás mértékét egy adott ország energiapolitikája és az ezzel párosuló ösztönzők jellege és mértéke is. Nagyon fontos jellemzők: a termelt villamos energia garantált átvételi árának mértéke és napi bontása, valamint a megtermelt energia átvételi kötelezettségének években mérhető időtartama. Ezen jellemzők nélkülözhetetlenek a beruházás várható megtérülési mutatóinak számításához.

Általánosságban azt lehet mondani, hogy kontinentális viszonyok között 6,0 m/s átlagos szélsebesség szükséges egy év vonatkozásában ahhoz, hogy gazdaságilag elfogadható beruházás legyen egy szélerőmű létesítése.

53

2.6. A geotermális energiaforrások Geotermikus energia: Tágabb értelemben a Föld belsejében keletkező, a földi hőáramban meghatározott szintig feljutó és ott a kőzetekben, illetve a pórusvízben tárolódó termikus energiamennyiség. Geotermális energia: Szűkebb értelemben a felszín alatti víz hőtartalmában rejlő energia Geotermikus gradiens (gg): Az egységnyi mélységnövekedéshez tartozó hőmérsékletemelkedés az ún. geotermikus gradiens. (oC/m)

A geotermikus gradiens értéke a Földön átlagosan 0,033 oC/m, a Kárpát medencében 0, 055-0,066 oC/m. Ez azt jelenti például, hogy a Földön átlagosan 100 méterenként 3,3 oC-al nő a hőmérséklet, addig ez a Kárpát medencében 5,5-6,6 oC-al

A Dél-Magyar Alföld alatt a geotermikus gradiens több mint 0,1-0,12 °C/m és 1 km mélyen már 120°C-os termálvizet lehet találni.

A földhő hasznosításának lehetőségei, sajátosságai

2.6.1 A felszíni talajhő hőszivattyús hasznosítása A hőszivattyú A hőszivattyú a környezet energiájának hasznosítására szolgáló berendezés, mellyel lehet fűteni ,hűteni, melegvizet előállítani. A berendezés a működtetésre felhasznált energiát nem közvetlenül alakítja hővé, hanem a külső energia segítségével a hőt az alacsonyabb hőfokszintről egy magasabb hőfokszintre emeli. A hőszivattyú működési elve, hogy magasabb hőfokszinten (Qf) szolgáltat hőt oly módon, hogy a külső energia hozzávezetésével (W) az alsó hőfokszintről hőt szállít a hozzávezetett külső energia (Q0 )hőegyenértékével együtt.

Qf = Q0 +W (kW)

Q0

W

Qf

2.6.1.ábra: A hőszivattyú működési elve

54

Két hőcserélőt egy körvezeték köti össze. A kompresszor a csővezetékben olyan munkaközeget keringet, melynek igen alacsony a forráspontja, ez csak nagy nyomás alatt cseppfolyósodik. A hideg oldali hőcserélő előtt a folyékony halmazállapotban lévő munkaközeg nyomását egy nyomáscsökkentő -expanziós-szelep lecsökkenti. Ekkor a munkaközeg elpárolog, és 0 0C körüli hőmérsékletre lehűl. A párolgáshoz szükséges hőt a hőcserélő másik oldalán átfolyó környezeti közegből (vízből, levegőből, termálvíz hulladékból. szennyvízből, stb ) vonja el, annak lehűtésével. A felmelegedett munkaközeget a kompresszor elszívja, besűríti 15 - 25 bar nyomásra, melytől a lecsapódó munkaközeg felmelegszik 40 - 600C-ra. A lecsapódásnál felszabadul az a hő, melyet a környezetből elvont, megnövelve a kompresszorba betáplált és hővé átalakult energiával. Mindezt az energiát a másik hőcserélőn áthaladva átadja a fűtési rendszerben keringő fűtőközegnek.

A hőszivattyús rendszerek hatékonysága.

A hőszivattyú hasznosságát az jelzi, hogy egységnyi meghajtó energiával hány egység hőt tud a környezetből elvonni. Ezt az arányt a hatékonysági mutatóval (COP- Coefficient of performance), jellemzik, amely mindig nagyobb 1-nél. A COP értéke levegőből történő hőnyerésnél éves átlagban 3, talajvíznél 4, a termálvíz 20-250C-al elfolyó csurgalékát felhasználva pedig 5 – 6 lehet.

A hőszivattyú alkalmazásának előnyei

A hőszivattyú előnye, hogy kicsi a helyigénye, nagy teljesítményekre is alkalmas és önállóan képes nagyobb igények teljes ellátására, hidegebb vidéken is. A kompresszor meghajtásához szükséges energia többszörösét tudja a környezetből elvont hővel leadni.

A hőszivattyú elterjedése az olajár-robbanást követően jelentősen megnövekedett, majd ennek elmúltával lelassult, az utolsó 6 évben az olaj és gáz árának emelkedése miatt ismét felgyorsulóban van. Beruházási költsége viszonylag nem magas, a világpiaci energiaárakkal szemben csupán 2 - 5 év a megtérülési ideje. Ez abban az esetben igaz, ha a hőszivattyút használok kedvezményes villamos áram tarifa szerint fizetnek.

Jelenleg több mint 10 millió célú fűtési hőszivattyú üzemel a Föld országaiban. Üzemük jelentősen csökkenti a CO2 kibocsátást. Élenjár az USA és Japán, ahol évente 1 - 1 millió hőszivattyút gyártanak. Európában is mindinkább teret nyer, különösen azokban az államokban, melyek importálni kénytelenek a fosszilis energiahordozókat és államilag preferálják a környezetbarát hőtermelést. (Ausztria, Németország, Svájc)

Az 2.6.1.sz. táblázat adataiból a 100 kWh hőtartalmú fosszilis energiával előállítható villamos, ill. hőenergia mennyiségére, veszteségére és a környezet hőtartalmából hasznosított részre lehet következtetni.

55

2.6.1.sz. táblázat: Energiahasznosítás különböző technológiákkal

ENERGIA HASZNOSÍTÁS kWh-ban

Energia termelő és hasznosító berendezések

Bevitt energia

Termelt áram

Felhasznált áram

energia veszteség

Környezeti energia

Hasznos energia

Villamos erőmű gázzal 100 40 0 60 0 40

Villamos erőmű gázzal, kombinált ciklus

100 40 0 10 0 90

Olajkazán 100 0 0 40 0 60

Gázkazán régi 100 0 0 30 0 70

Gázkazán új 100 0 0 20 0 80

Gázkazán kondenzációs 100 0 0 10 15 105

Hőszivattyú levegő, talaj hőből 100 0 40 60 80 120

Hőszivattyú talajvízből 100 0 40 60 120 160

Hőszivattyú a termálvíz csurgalékával üzemeltetve

100 0 40 60 160 200

Az utolsó oszlopban látható, hogy a fosszilis energiahordozó elégetéséből hány % energiát nyerhető. A hőszivattyú hatékonysága, - még ha figyelembe vesszük a hőszivattyút meghajtó elektromos energia előállításánál keletkező veszteséget is - magasan felülmúlja még a korszerű kombinált ciklusú villamos erőműét vagy kondenzációs gázkazánét is. A hőszivattyúk csoportosítása működési elvük szerint A hőszivattyúk többsége villany vagy gázmotor segítségével működik. Legelterjedtebb a villanymotoros működtetés. Léteznek abszorpciós illetve kombinált elven (abszorpciós-kompressziós) működő berendezések is, de ezek még kísérleti stádiumban vannak.

A hőszivattyús rendszer 3 fő részre bontható:

I. Primér kör - a természet adta energiának a köre II. A hőszivattyú III. Szekunder kör - a hőleadó elemeket magába foglaló rendszer

I. Primér kör Itt bármilyen, folyamatos hőenergia utánpótlással rendelkező hőforrás alkalmazható, amely a hőigényeket képes kiszolgálni. A hőszivattyú hatásfoka nem kimondottan a hőmérséklettel függ, hanem egy hőmérséklet különbségtől, azaz a t a mérvadó a hőszivattyú működésében. Természetesen minél magasabb a primér kör hőmérséklete, annál kisebb energiát kell fordítani a hőszivattyú működtetésére.

56

A hőszivattyú a primér hőforrás alapján három csoportba sorolható:

1. Vizes, 2. Talajkollektoros, 3. Levegős

2.6.2. táblázat: A primer kör lehetséges változatai, valamint ezek előnyei és hátrányai

Vizes

Talaj

Levegős

Termál víz Vízszintesen kollektor - általában 1,5 m lefektetett mélységben

A környezet levegője

Kút víz ,talaj víz Függőleges kollektorok Szellőztető berendezések

Tó, tenger vize

Technológiai melegvíz

Szennyvíztelep

ELŐNYÖK ELŐNYÖK ELŐNYÖK

Jó hatásfok Jó hatásfok Mindenhol alkalmazható

A primér kör kialakításának alacsony költsége

Biztos működés a primer körnek

HÁTRÁNYOK HÁTRÁNYOK HÁTRÁNYOK

Nagy mennyiségű folyóvíz szükséges

Földmunka igényes Magyar hőmérsékleti viszonyok kedvezőtlenek-kiegészítő fűtés kell

Hosszú távon biztosítani kell a vízutánpótlást

Költséges technológia

Vizes A talajvíz-kútból búvárszivattyú segítségével nyert víz hőjének elvonása után a vizet vagy egy másik kútba, vagy felszíni vízbe ( tó, patak, folyó) vezetik. A talajvíz állandó hőmérséklete (7-

12 C) és jó hővezető képessége révén ideális hőforrás. További speciális alkalmazások ,amikor hőforrásként tó, folyó vagy tenger vagy technológiai melegvíz szolgál.

Talaj Talajkollektoros rendszer

Az igénytől függően többszáz méter hosszú speciális PVC köpennyel ellátott réz vagy polietilén csövet fektetnek le 1-2 méter mélyen. Segítségével 20-30 W energia nyerhető négyzetméterenként. Ennek nagysága függ a talaj hővezetésétől, nedvességtartalmától. Elsősorban új házak építésénél érdemes alkalmazni

Talajszondás rendszer

57

Talajszondás rendszer esetén kb 15cm átmérőjű, 50-200 m hosszú lyukat fúrnak. Ebbe kerül a 32-40 mm-es haszoncső, amiben a hőszivattyúval zárt rendszerben kering a hőközlő folyadék. Jellemzően egy-egy szondáról 4-6kW teljesítmény vehető le. Lehet két- vagy háromkörös a rendszer, attól függően, hogy a szondában a hűtőközeg áramlik vagy a fagyálló folyadék adja át közvetetten hőjét a hűtőközegnek.

2.6.2..ábra. Talajkollektor 2.6.3.ábra Talajszonda masszív abszorber

A föld alatti vagy feletti beton vagy téglafalban műanyag csőkigyót helyeznek el. A működés elve hasonló a talajkollektorokhoz. A beton jól vezeti a hőt, tömege alkalmasa hő tárolására.

2.6.4. ábra .Masszív abszorber

Levegő

2.6.5. ábra Külső levegő

A külső levegő ventilátorokkal kerül beszívásra, amit a hőszivattyú hűt le. Hátránya , hogy a levegő hőmérséklete nem állandó, illetve a ventilátor zajhatása is zavaró.

58

II. A hőszivattyú

A hőszivattyú a központi eleme az egész rendszernek, a gép amely a primér körben lévő hőenergiát a működtető energia (általában villamos energia) segítségével előállítja a szekunder kör hőenergiájává (fordított működtetéssel a hűtés valósul meg- lásd.hűtőgép) A hőszivattyú méretezése összhangban kell legyen a szekunder kör hőigényével és a primer kör hőellátási képességével. A hőnyerés és a hőleadás szempontjából az alábbiak szerint különböztetjük meg a hőszivattyúkat:

levegő - víz,

víz - víz,

víz – levegő,

levegő - levegő Ezek közül két fajtát részesítünk előnyben, a levegő - víz és a víz - víz hőszivattyúkat. Általánosan leginkább a víz - víz rendszereket alkalmazzuk, mégpedig többfajta megvalósítás jöhet szóba: - kútból - kútba történő keringtetés, - kollektor (csőrendszer a föld felszíne alá helyezve), - szonda rendszer (nem történik víz kinyerés). Az energianyerő közeg kialakítása nagy gondosságot igényel, rossz méretezés, kialakítás esetén előfordulhat, hogy eljegesedik a talaj, ettől kezdve nem tudja teljesíteni feladatát, a hőszivattyú csak áramot fogyaszt, de nem termel energiát.

Levegő-víz hőszivattyúnál jellemzően 1 egység elektromos energia segítségével 1,5-3,2 egység hőenergiát szivattyúzhatunk a lakásba, melegvízbe.

2.6.6.ábra: Levegő –víz hőszivattyú elvi sémája

Víz-víz hőszivattyú teljesítménye a 4,5-5 COP egységet is elérheti. Ez utóbbi típusnak járulékos beruházási költsége még a fúrandó kútrendszer. Azért kútrendszer, mert egy kútból nyerjük a talajvizet, és kettőben nyeletjük el. Azért kettőben, mert így kisebb a kutak ellenállása és kisebb szivattyúzási költséggel üzemeltethető a rendszer.

59

A rendszerhez nélkülözhetetlen 10 KW hőteljesítmény kinyeréséhez kb. 1,5-2 m3/h vízbőségű kút szükséges.

2.6.7.ábra: Víz-Víz hőszivattyú

III. Szekunder kör

A hőszivattyú alacsony hőmérsékletű rendszer, azaz a szekunder oldali maximális hőmérséklet 45-55 oC lehet. Ez a "hagyományos"-nak mondott 90/70-es fűtési rendszerekkel szemben ténylegesen alacsony hőmérsékletet jelent, de az élettani hatása messzemenően kedvezőbb. Az ember test hőmérséklete 20-25 oC körüli környezeti hőmérsékletet tart a legkedvezőbbnek, így a 90/70 rendszer az egy túlfűtött sokkoló hatású fűtési rendszer.

A szekunder körök alapvetően a következők lehetnek:

Padlófűtés / Falfűtés - a hőszivattyú legjobb kihasználását eredményezi, a fűtési hőmérséklet a hőszivattyú ideális munkapontja környékén érhető el, a hatásfok kiemelkedő.

Fan-coil renszer - minimális zajjal jár együtt, éjszakai üzemmódban nem mindig javasolt.

Levegős rendszer - nagy légmozgással jár, a csatorna kiépítés hátterét biztosítani kell.

Radiátoros rendszer - méretezése az alcsony hőmérséklet miatt nagyobb radiátorokat eredményez, mint az általában szem által megszokott méretek. Az alacsony hőmérsékletű fűtés miatt, a hatásfoka alacsony

A hőszivattyú alkalmazásának gazdaságossági kérdései A következő táblázatban látható különböző energiahordozókkal fűtött 100 m2-es családi ház átlagos fűtési költségét a használatos energia hordozókkal. (1800 h átlagos fűtési időszak figyelembevételéve,2007.márciusi adatok alapján)

60

2.6.3 táblázat: Különböző energiahordozókkal fűtött 100 m2-es családi ház fűtési költsége

Jellemzők

Régi épület 85 W/m

2

Hőszigetelt, új épület

50 W/m2

Teljes energiaszükséglet Éves fűtési idő Összes energia felhasználás kWh Összes energia felhasználás MJ

8.5 kW 1800 óra 15.3 kWh 55.080 MJ

5 kW 1800 óra

9 000 kWh 32.400 MJ

Fűtési mód Ft/MJ A berendezés és

tüzelőanyag jellemzői Hatásfok

% Fűtési idény ára Fűtési idény ára

Villanyfűtés 10, 3 100 % 567.324 Ft 333.720 Ft

Gázfűtés 2, 87 Kondenzációs

gázkazán(cirkó) - padlófűtés 100 % 158.080 Ft 92.988 Ft

Gázfűtés (18% ártámogatás)

2, 58 Kondenzációs

gázkazán(cirkó) - padlófűtés 100 % 142.106 Ft 83.592 Ft

Hőszivattyú 2, 45 Kollektoros hőszivattyú -

padlófűtés 4, 2 COP

100 % 113.465 Ft 66.744 Ft

Pellet - tüzelés 2 Fa pellet – Pelletkazán -

radiátor 84 % 131.143 Ft 77.143 Ft

Széntüzelés 1, 01 Kőszén (lengyel) – Régi kazán

radiátor 60 % 92.718 Ft 54.450 Ft

Fatüzelés 1, 6 Kemény tüzifa – Régi kazán

radiátor 60 % 146.880 Ft 86.400 Ft

A 2.6.4. számú táblázat a fenti lakás fűtési költségeit tartalmazza különböző hőszivattyúkkal és fűtési módozatokkal a villany és gázfűtéshez viszonyítva 2.6.4 táblázat: 100 m2-es családi ház fűtési költsége hőszivattyú alkalmazásával

Jellemzők

Régi épület

85 W/m2

Hőszigetelt, új épület

50 W/m2

Teljes energiaszükséglet Éves fűtési idő Összes energia felhasználás kWh Összes energia felhasználás MJ

8.5 kW 1800 óra 15.3 kWh 55.080 MJ

5 kW 1800 óra

9 000 kWh 32.400 MJ

Fűtési mód Ft/MJ A berendezés és

tüzelőanyag jellemzői Hatásfok

% Fűtési idény ára Fűtési idény ára

Villanyfűtés 10, 3 100 % 567.324 Ft 333.720 Ft

Gázfűtés 2, 87 Kondenzációs

gázkazán(cirkó) - padlófűtés 100 % 158.080 Ft 92.988 Ft

Hőszivattyú 2, 45 Kollektoros hőszivattyú -

padlófűtés 4, 2 COP

100 % 134.946 Ft 79.380 Ft

Hőszivattyú 2, 15 Szondás hőszivattyú -

padlófűtés 4, 8 COP

100 % 118.422 Ft 69.660 Ft

Hőszivattyú 3, 12 Levegőhő hőszivattyú -

padlófűtés 3,3 COP 100 %

171.850 Ft 101.088 Ft

Hőszivattyú 3, 32 Kollektoros hőszivattyú -

radiátor 3,1 COP 100 %

182.866 Ft 107.568 Ft

Hőszivattyú 2, 86 Szondás hőszivattyú radiátor 3,6 COP 100 %

157.529 Ft 92.644 Ft

Hőszivattyú 4, 68 Levegőhő hőszivattyú -

radiátor 2,2 COP 100 %

257.744 Ft 151.632 Ft

61

Nyári üzemeltetés során hűtésre is használható a rendszer, tehát több szolgáltatást is kapunk a beruházással, aminek az üzemeltetési költségét egy további, a kútvíz és fűtési kör közé épített hőcserélő beiktatásával csökkenthetjük. Így csak a szivattyúkat kell járatni, a hőszivattyút nem. Ez passzív hűtésnek is nevezhető.

Általános megjegyzések

Mindegyik típusra igaz, hogy csak alacsony hőmérsékletű rendszer esetén tud gazdaságosan működni illetve, hogy a földgázos rendszerekkel összevetve a legalább 4,5-szeres kihozatal nevezhető gazdaságosabbnak a támogatott lakossági gázárral számolva. A közületi gázár esetén, amely 90-100 Ft/m3 körül van, csak 4-es jósági tényező felett gazdaságosabb a hőszivattyú. Természetesen, ha a gáz ára nő, ez kisebb kihozatal mellett is gazdaságosabb lesz. Ha nincs földgázfogyasztásra lehetőség, értelmetlen ez az összevetés. Ha csak árammal, vagy tartályos gázzal tudunk fűteni, már 2,5-szeres kihozatalnál is jobban járunk a hőszivattyúval.

Az összehasonlítás nem tartalmazza a beruházási költségeket. Egy 15 kW teljesítményű hőszivattyú ára nettó 600-700 ezer forint, amelyhez kapcsolódó további költségek (talajkollektor, földmunka stb 300-400) ezer Ft. Ezen értékek mellett a beruházás megtérülési ideje a jelenlegi energiaárak mellett, állami támogatás nélkül 15-20 év. Ennek oka a villamos energia és a gázár közötti nagy különbség -10,3 Ft/MJ illetve 2,7 Ft/MJ –

2.6.5 táblázat: Magyarországon kapható néhány hőszivattyú és jellemzőik

Tipus Hőátadó közeg teljesítmény

Stiebel Eltron WPL Levegő-víz 18 kW

Stiebel EltronWPWE Víz víz 14 kw

Hoval Herzog AG Thermalia 8P Sólé-víz, víz -víz 8 kW

Hoval Herzog AG Thermalia 8HP Sólé-víz, víz -víz 8 kW

Hoval Herzog AG Génius 08 Levegő-víz 8 kW

Hoval Herzog AG Génius 12 Levegő-víz 12 kW

Nordic - DX,DXW - széria Folyadék - levegő ill. víz n.a

Nordic – R - széria Folyadék -levegő n.a

Nordic – W - széria Folyadék -víz n.a

Nordic – O - széria Folyadék -levegő n.a

62

2.6.2.A geotermális energia hasznosítási lehetőségei A termálvizek hasznosításának két fő területe a vízügyi- és az energetikai hasznosítás: vízügyi hasznosítás:

balneológia

ivóvíz A vízügyi alkalmazások számára az alacsonyabb hőmérsékletű termálvizek a kedvezőbbek, ivóvízként közvetlenül általában még azok sem használhatók. A balneológiai igénybe vétel is csak egy viszonylag szűk hömérséklet tartományban lehetséges. Ráadásul a gyógyvizeket hígítással nem is lehet hűteni, mert a gyógyhatást hordozó ásványianyag-koncentráció is csökken. Ez szinte kínálja, hogy az ilyen célú alkalmazás előtt kellene a termálvizek hőtartalmát – például hőszivattyúval – hasznosítani energetikai hasznosítás:

villamosenergia előállítás, amelynek során a hőenergiát villamos energiává alakítják át

közvetlen hőhasznosítás, amelynek során a termálvíz hője átalakítás nélkül, közvetlenül kerül hasznosításra

A geotermális energia kinyerése helyileg jelentős és gazdaságos lehet ott, ahol kedvezőek a földtani adottságok, viszonylag kis mélységben magas hőmérséklet és jó vízadó képződmények találhatók. A geotermikus energia hasznosításának a fenti feltételek megléte esetén is gátja lehet a hévíz gyakran nagy oldott só tartalma, valamint az, hogy a lehűlt kezeletlen víz súlyosan károsíthatja a környezetet. Felszíni elhelyezése legtöbbször csak sótalanítás után lehetséges. Ezért elterjedt a gyakorlatban a felhasznált hévizek visszasajtolása az eredeti víztartóba. A 100 °C feletti hőmérsékletű hévíz alkalmas lehet elektromosenergia-termelésre is. A 100 °C alatti hőmérsékletű hévizek hőcserélőn keresztül történő közvetlen hő-hasznosítása a leggyakoribb (pl. épület, növényház fűtése), majd a 35-20 °C -ra lehűlt vizet balneológiai célokra használják fel. Bár a hévíztermelésre alkalmas kút létesítése költséges, a geotermikus energia á1talában gazdaságos és környezetkímélő energiaforrás. A geotermális energia legjobban a lépcsős hő-kinyeréssel oldható meg: pl. 90 - 60 °C -os vízzel lakást fűtenek, 60 - 35 °C -os vízzel növényházat, majd gyógyvízként használják fel. A geotermális energia hasznosítási lehetőségeit a hőmérséklet függvényében az alábbi táblázat szemlélteti

63

2.6.6. táblázat: A geotermális energia hasznosítási lehetőségei

T= ºC Hasznosítási terület Hasznosítási módszer

230

Hagyományos villamosenergia

termelés -száraz gőz-

220

210

200

190

180 Ammóniabszorbciós fűtés

170 Cellulóz feltárás

160 hallisztszárítás

150 Timföld-feldolgozás (Bayer eljárás)

Kettős közegű villamos energia

termelés

140 Konzervipar-

130 Cukorfinomítás

120 elpárologtatás

Közvetlen hőhasznosítás

110 Beton elem szárítás

100 Mg-i termékek szárítása

90 Fűtés-épület, növényház-

80 halszárítás

70 hűtőházak

60 légkondicionálás

Térfűtés hőszivattyúval

50 állattenyésztés

40 talajmelegítés

30 uszodafűtés

20 haltenyésztés

A geotermális energia hasznosításának előnyei

A termálvíz energetikai célú alkalmazásával csökkenthető az ország importfüggősége (kőolaj, földgáz, stb.). A termálvizeinkkel képviselt éves hasznosítható hőenergia mennyisége mintegy 1,5 Mtoe/év kőolaj kiváltását jelenti (ΔT=40oC hasznosítási hőlépcső mellett).

A termálenergia hasznosításával fosszilis energia források válthatók ki és így jelentősen csökkenthető a légszennyezés (emisszió).

A termálvíz helyi jellegű vízgazdálkodási lehetőség és környezetbarát energiaforrás (zárt hasznosítás vízvisszanyomással).

A termálvíz készletek nagy része természetes úton pótlódik, illetve részben megújítható, a készletek nagysága szabályozható.

Mivel a geotermális energia nem alternatív, hanem additív energia forrás, azaz a földgázzal, mint csúcsüzemi energiával együtt használható, mint alapenergia.

A megfelelő adottságokkal bíró helyeken a termálenergia hasznosítása megoldja a kertészetek, állattenyésztő telepek, épületek, stb.) energia ellátási gondjait, csökkenti a függőséget az országos gázenergia ellátási rendszertől, illetve a (földgáz) világpiaci árának változásától

A geotermális energia hasznosítás hátrányai

64

A hévíztermelés és hasznosítás extenzív jellegű, illetve döntően csak egylépcsős;

A döntően csak szezonális jellegű hőhasznosítás hatékonysága alacsony;

A Víz visszasajtolását lényegében nem alkalmazzák;

A termelt és hasznosított termálvíz mennyiségének mérése nem általános, a hőhasznosítás több helyen vízpazarlással jár együtt;

Nem megoldott a törmelékes kőzetekbe (homokkő) való üzemszerű vízelhelyezés problémája.

Nem mindig tisztázottak a jogi és bányakoncessziós szabályok A geotermális energia hasznosításának gazdaságossági kérdései Fajlagos energia költségek összehasonlítását termálvíz-hasznosítás, illetve földgáz tüzelés esetén a következő táblázat tartalmazza (2007.január 1-i állapot) 2.6.7 táblázat: Fajlagos energia költségek összehasonlítása termálvíz-hasznosítás, illetve földgáz tüzelés esetén

Fajlagos energia költség, Ft/GJ

Termálvíz1 (geotermális energia) Földgáz3

Hasznosítási mód 1. Nyitott rendszerben

1.1 Felszálló termálvíz-termelés 50,4 1.2 Gépi termálvíz-termelés4 260,4

2. Zárt rendszerben2 (vízvisszasajtolás) Gépi termálvíz-termelés4 512,3

2750

1) A termálvíz hasznosítási tényadatok szerint a VKJ alapján 2) Az Aquaplus Kft. adatai szerint 3) 2475 Ft/GJ gázdíj mellett (2007 I.01.) η = 0,9 4) Gázlift, búvárszivattyú, stb

A részletes gazdasági mutatók több tényezőtől függenek, amelyek közül a következők a meghatározók:

Rendelkezésre áll-e a termálvíz?- Ha nem, akkor 5000 Ft/m fúrási költséggel kell számolni mind a termelő, mind a visszasajtoló kút esetében

A rendelkezésre álló víz hőfoka és mennyisége.

A hőhasznosítás foka .A kitermelt és a visszasajtolt víz hőmérséklete közti különbség

A megépítendő vezeték hossza a termelő és visszasajtoló kút között-min 3000 m-

A rendszer gépészeti költségei

65

3. A MEGUJÚLÓ ENERGIAFORRÁSOK HASZNOSÍTÁSÁNAK MEGOLDÁSAI 3.1. Hő- és villamos áram termelés szilárd biomasszából A téma részletes kifejtése előtt néhány fontos fogalmat szeretnénk tisztázni: Faapríték: Aprítási folyamat eredményeként keletkező, szabálytalan geometriájú

szecska, melyet méreteloszlása alapján különböztetünk meg.

Finom (0-10 mm)

Normál (10-50 mm)

Durva (25-100 mm)

Osztályozatlan (0-150 mm) Pellet: A takarmánygyártásból eredő préselvény, amely kis geometriai méretének és

nagy energiasűrűségének köszönhetően jól tárolható és szállítható, tüzeléstechnikai szempontból adagolása pedig jól automatizálható. Méreteit tekintve átmérője lehet 6-8-10-12 mm, hossza pedig 10-25 mm között. A tüzipelletet, mint biotüzelőanyagot számos nemzetközi szabvány szigorú követelmény rendszerrel szabályozza, beleértve a fizikai, energetikai, minőségi jellemzőket is.

Bála: Elsősorban mezőgazdasági eredetű lágyszárú növények összepréselésével

előállított tömörítvény, préselvény, amely nagy geometriai méretekkel rendelkezik. Gépi anyagmozgatása megfelelő, jól tárolható. Megjelenési formája szerint csoportosítjuk:

Körbála

Szögletesbála Kisbála Nagybála

A biomassza tüzeléstechnikai alkalmazására számos tüzelőberendezés és technológia létezik, azonban ezek hatásfokai igen eltérőek.

3.1.1. táblázat: A különböző tüzeléstechnikai megoldások energetikai hatásfoka

tüzelési mód Hatásfok (%)

Tábortűz 5-10

Nyitott kandalló 10-30

Egyaknás kályha 15-30

Kandalló vizes hőcserélő betéttel 15-60

Kétaknás kályha 15-60

Egyaknás kiskazán hőtároló nélkül 40-60

Betétes cserépkályha 40-75

Egyaknás kazán hőtárolóval 50-75

Alsóégésű kazán hőtároló nélkül 50-75

Alsóégésű kazán hőtárolóval 70-85

Előtéttüzelő, automatikus betáplálással 75-92

66

A felhasznált tüzelőanyag megjelenési formája szerinti alkalmazás alapján az alábbi műszaki megoldások ismertek:

hasábfa-tüzelő darabosfa-tüzelő brikett-tüzelő pellettüzelő apríték és/vagy faportüzelő

A hasábfa-tüzelők nagy tűzterű, hosszú égést lehetővé tevő megoldások. A kialakítástól függően többnyire bálatüzelésre is alkalmasak. A darabosfa-tüzelők főleg hagyományos egyaknás vagy kétaknás kályhák. Az automatizált, háromutas levegőellátással kialakított és fagázosítással működő, berendezés is létezik amelynek rendkívül jó hatásfoka (92%) van. A brikett-tüzelők samottozott kandallók, vagy kétaknás kályhák, kiskazánok, amelyek kismértékben tartalmaznak automatizálást is levegőszabályozó elemekkel. A pellettüzelők működtetése kiváló, hiszen a pellet nagy energiasűrűsége, nagyon pontos méretei miatt nagy pontossággal adagolható. A tüzelőberendezés hatásfoka magas, és a vezérlésnek köszönhetően a füstgáz komponensek is alacsonyak. Az aprítéktüzelők: Tűzterük legtöbbször samottal bélelt. A tüzelőanyagot kis mennyiségben, de gyakran kell a tűztérbe juttatni, ezért adagolóra vagy anyagmozgató rendszerekre van szükség. Az aprítéktüzelő kazánok kialakításának szempontjai:

az apríték méreteloszlása, nedvességtartalma, hamutartalma, a tüzelőberendezés névleges teljesítménye.

Az aprítéktüzelő kazánok kialakítás szerint lehetnek:

direkttüzeléses előtét-tüzeléses kazánok.

A direkttüzelők jellemzője az, hogy a faapríték tökéletlen égése, azaz az illóanyag tartalom kigázosodása közvetlenül a tűztérben zajlik, jelentősen függve a tűztér pillanatnyi hőmérsékletétől. Ennek eredményeképpen nem vagy csak nehezen szabályozható. Az apríték tűztérbe vezetésének különböző módjai lehetségesek:

befúvásos, alátolós, rátolós.

A befúvásos adagolás lényege az, hogy a tűztér primer levegőjével együtt fújják be az apró, szinte porszerű aprítékot, amely így jól elkeveredve jut a magas hőmérsékletű égéstérbe. Itt nagy intenzitással bekövetkezik a gázosodás, a keletkező gázok azonnal keverednek az égéslevegővel, majd meggyulladnak a tűztér magas hőmérsékletétől, így az apríték még lebegtetés közben ég el. A folyamatosan biztosított magas tűztérhőmérséklet egyik alapfeltétele az alacsony nedvességtartalmú apríték alkalmazása, továbbá a bejuttatás és a gyors égési reakciók érdekében a homogén tüzelőanyag biztosítása. A technológiára jellemző

67

az intenzív pernyeképződés, így javasolt az alacsony hamutartalmú tüzelőanyag és korszerű porleválasztó alkalmazása.

3.1.1.. ábra Befúvásos biomassza tüzelés

Az alátoló rendszerekben az eltüzelésre szánt apríték a tűztér alatt, függőlegesen kialakított csatornában kerül előtolásra csigás adagoló segítségével, így először a tűztérbe lépő anyag felszíne gázosodik, majd ég. A parázságyból távozó gázok tökéletes elégetése céljából szekunder és tercier levegő bevezetésére is sor kerül. A csigás adagolás miatt a tüzelőanyag homogenitása fontos, ellenkező esetben mechanikai problémát okozhat.

3.1.2. ábra

Alátoló rendszerű biomassza tüzelőberendezés A rátolós rendszerek esetében a változó méretű apríték tűztérbe juttatásához tolómechanikát használnak. A tolómechanika az aprítékot a betápláló csatornába tolja, majd lezárja a csatornát és ezzel megakadályozza a tüzelőanyag visszaégést. A tüzelőanyag-csatornából az apríték a tűztérbe lép, amely 3 zónára van osztva. Az első zónában történik az

68

apríték száradása, a másodikban a kigázosodása, míg a harmadik zónában a gázok égése megy végbe. A technológiára jellemző megoldás a rostélytüzelés. Kialakítását tekintve lehet sík- vagy ferde rostély. Az időegység alatt elégetendő anyag mennyiségétől függően pedig álló-, vagy mozgatott. A kisteljesítményű rendszerek a kis szemcseméretű és alacsony nedvességű, míg a nagy teljesítményű rendszerek a nagyméretű, kevésbé homogén, magasabb nedvességtartalmú aprítékot igénylik. Ez utóbbinak energetikai magyarázata van, amely nem jelen témánk tárgya.

3.1.3. ábra

Rátolós rendszerű, sík és lépcsős rostélyos biomassza tüzelőberendezések

Az előtéttüzelők lényegében hasonlítanak a gázosító berendezésekhez. A samottal bélelt tűztérben a faapríték tökéletlen égése megy végbe, ahol kigázosodik. A tökéletlen égés közben keletkező gázok nagy mennyiségben tartalmaznak CO és CxHy gázokat, melyek a kazán tűzterében szekunder levegő hozzáadásával jó hatásfokkal és magas hőmérsékleten elégve szolgáltatják a hőenergiát. Az előtéttüzelők táplálásához legjobban a csigás behordók felelnek meg, mert ezek megfelelő vezetés mellett a visszaégést is gátolják.

Biomasszából termelt villamos áram csak nagy teljesítményű berendezések esetén valósítható meg gazdaságosan, azaz fűtő- és erőművi szinten. A leginkább elterjedt megoldás a turbinával történő villamos áram termelés. A tüzelőberendezés kialakítása történhet a korábban ismertetett módokon, azzal a különbséggel, hogy technológiai gőzt állítanak elő vele, amellyel a turbinát meghajtva üzemeltetik a generátort. A technológia során a turbináról levett „fáradt gőz” hasznosítható használati melegvízként, növelve ezzel a technológia hatásfokát. Ezen megoldás jelentős csőhálózatot és szerelvényezést igényel, amely akár több kilométer is lehet egy-egy berendezés esetén. A rendszer igen összetett műszaki megoldásokkal és technológiai követelményekkel rendelkezik, ezáltal megköveteli a magas műszaki-biztonságot és folyamatos rendszer felügyeletet, melyet napjainkban számítógépes hálózattal biztosítani lehet.

69

3.1.1 Családi ház fűtési megoldások faaprítékkal és fapellettel Családi ház fűtésére használatos tüzelőberendezések 10-50 kW névleges teljesítmény kategóriájúak lehetnek alkalmazástól függően. A kisebb teljesítményűek a lokális, egyszerű tüzelőberendezések, mint például a kandalló, amely szakaszos üzemű, egyszerű szabályzású. A kategória felső részébe tartozó központi tüzelőberendezések folyamatos üzeműek, zárt rendszerben hőcserélő közeggel működtetett, szabályozott és automatizált rendszerek, melyeknek füstgáz kibocsátása is ellenőrzött. – Ezen technológiákról részletes leírást az 4.1. és az 4.2. fejezet tartalmaz. A családi házak faaprítékkal és fapellettel történő fűtésének első kritériuma a rendszer tervezése, a tüzelőanyag tároló vagy tartály megfelelő méretezése. Ezen technológiáknál reális piaci igényként jelentkezik a magas komfort fokozat, amelyet korszerű automatizálással és a hosszú, beavatkozás nélküli üzemidővel lehet biztosítani, amely szintén a tüzelőanyag tartállyal és a rendszer méretezésével van szoros összefüggésben.

3.1.4. ábra

Tüzelőanyag tárolók kialakítási lehetőségei A napjainkban létező korszerű tüzelőberendezések széles választékban állnak rendelkezésre, számos nyugat-európai gyártó kínál teljesen automatizált technológiát, a tulajdonosnak elegendő heti egyszer a hamut eltávolítani és akár havi egy alkalommal a tüzelőanyagot töltenie, töltetnie. A rendszer második és talán legfontosabb kritériuma, a tüzelőanyag folyamatos biztosítása. Abban az esetben, ha a tüzelőanyag folyamatos minőségi,

70

mennyiségi és időbeli biztosítása nincs megoldva addig nem lesz működőképes és alkalmazható a rendszer. Ausztriában és Németországban kereskedelmi forgalomban kapható kis kiszerelésű, zsákolt tüzelőanyagok, vagy nagyobb mennyiségben ömlesztett formában tartálykocsival szállítják a megrendelő címére a kért időben a kért mennyiségű tüzelőanyagot, melyet zárt rendszerben egyenesen a tüzelőanyag tartályba, vagy a tárolóba juttatnak be. Ezen technológiának számos módja alakult ki, melyekre példák a 3.1.4. ábrán láthatók. A legegyszerűbb, ugyanakkor élőmunka igényes megoldás a h) ábrán mutatott, azaz a zsákos tárolás, ebben az esetben a kezelőnek kell meghatározott időközönként a kazán tartályát feltölteni. Az i) ábrán egy speciális megoldás látható. A flexibilis tartály nem helyhez kötött, fűtési időszakon kívül akár elbontható, továbbá nem igényel speciális épületet, akár a kazán mellett telepíthető. Az a)-tól g)-ig a hosszú üzemidejű berendezéseknél alkalmazott megoldásokat mutatja. Látható, hogy számos megoldás kínálkozik, de ezeket épületgépészetileg is kalkulálni kell, vagy utólagos beruházásokat igényelnek. A tároló töltése természetesen történhet közvetlenül a tartálykocsiból, teherautóból, gépi rakodóval, vagy befúvatásos módszerrel (lásd f) és g) ábra). A tárolást követően a következő műszaki feladat a tüzelőanyag adagolása, bejuttatása a kazánhoz. A tüzelőanyagnak a tárolótérből a kazánhoz való juttatásának módjai a tüzelőanyag fajtájától, nedvességétől és aprítottsági fokától függ. Ezek szerint lehetnek:

csigás kitárolók o melyek homogén és száraz anyaghoz alkalmasak,

éklétrás kitárolók o melyek nedves inhomogén anyagokhoz alkalmazhatók.

Csigás kitároló Éklétrás kitároló 3.1.5. ábra

A kitárolást követően a száraz anyagok kazánhoz történő juttatásához jól alkalmazhatóak a pneumatikus szállítók, vagy a végtelen csigás szállítócsövek, míg a nedves anyagok szállításához kaparóléces vagy szállítószalagos megoldást alkalmaznak Míg az első két esetben a tüzelőanyag homogén méreteloszlása szükséges a dugulások és a tüzelőanyag elakadásának elkerülése érdekében, addig az utóbbi kettőnél ez nem szükséges feltétel. A

71

csigás szállítócső, a kaparóléces- és a szalagos szállító esetében egész kicsi szállítási sebesség is beállítható, míg a pneumatikus szállítónál, tüzelőanyagtól függően nagyobb szállítási sebesség szükséges.

Pneumatikus szállító Végtelen csigás szállítócső

Kaparóléces szállító Szalagos szállító 3.1.6. ábra

A tüzelőanyagnak a tűztérbe való juttatása a tüzelőanyag homogenitásától és nedvességtartalmától függ. A homogén és száraz anyaghoz az előbb ismertetett pneumatikus és végtelencsigás megoldások teljes mértékben megfelelők, a nedvesebb, darabosabb anyagok adagolásához a dugattyús adagoló a legjobb, mert adagolás közben a dugattyú az adagolócső alsó élénél a hosszabb, szálasabb anyagokat elvágja. Alkalmazzák még a zsilipes adagolást, erre az esetleges visszaégés megakadályozása miatt van szükség.

I. fázis

II. fázis

72

III. fázis

Dugattyús adagoló Zsilipes adagoló

3.1.7. ábra A fent bemutatott technológiákon kívül családi ház fűtése megoldható helyi, lokális tüzelőberendezés segítségével is, mint például a kandalló, legyen az hagyományos vagy pellet kandalló. A fejezet a pellet és apríték tüzelésről szól, így nem részletezzük az egyéb kályha kialakításokat. Természetesen a lokális tüzelőberendezéseknek kevésbé van jelentőssége hétköznapjainkban, inkább a hétvégi házak, nyaralók kedvelt hangulati elemeként alkalmazzuk. Természetesen ezek is rendelkeznek egyszerűbb automatikával, de rakatidejük csupán néhány óra lehet, így nem tekinthetjük folyamatos üzemű berendezésnek. Ugyanakkor szükséges megemlíteni, hogy létezik olyan vízköpenyes kandalló kialakítás, amely központi fűtési rendszerbe köthető. Műszaki alkalmasságát sokan vitatják, de rendszerbe összeépítve központi biomassza kazánnal kellemes színfoltja lehet a lakásnak. Erre a speciális kialakításra mutat példát a 3.1.8 ábrán látható metszet rajz.

3.1.8. ábra

Vízköpenyes pellet kandalló

73

3.1.2. Közösségi épületek fűtése faaprítékkal és fapellettel A lakossági méreteket követő teljesítmény tartomány a 100 – 600 kW, amely közösségi épületek, közepes méretű ipari épületek fűtésére alkalmas. Az előző fejezetben ismertetett tüzelőanyag tárolási és adagolási illetve bejuttatási megoldások ebben az esetben is használhatók. Természetesen dimenziójukban eltérő méretűek, hiszen nagyobb teljesítményű berendezésekhez vannak illesztve. A folyamatos üzemű, automatizált rendszer állhat egy, vagy pedig több, párhuzamosan kötött kisebb teljesítményű tüzelőberendezésből egyaránt. Az előbbi előnye a rendszer egyszerűbb technológiai kialakítása, míg hátránya az esetleges műszaki hiba esetén történő teljes leállás. Az utóbbi kialakítás előnye lehet, a rendszerméretezésnél számítható teljes vagy csökkentett üzemi működés jobb szabályozása, technológiai biztonsága. A telepítés történhet új építésű környezetbe, de történhet utólagos telepítésű rendszerben is. Ebben az esetben speciális kialakítású építményekben, konténerekben kerülnek elhelyezésre a kazánok. Erre mutat példát a 3.1.9. ábra. Természetesen a tüzelőanyag tárolást és ellátást is szükséges megoldani mindkét esetben, ahol már logisztikai szempontokat is figyelembe kell venni. Az új építésű rendszerek esetében a kazánházat és a tüzelőanyag tároló környékét úgy kell megtervezni, hogy ott nagyobb méretű tehergépkocsi és rakodógép is tudjon mozogni, dolgozni. A speciális telepítések esetében a konténeres tüzelőanyag tárolás valósítható meg, amely esetében szintén biztosítani kell a szállító járműnek a helyet, továbbá a tüzelőanyag tüzelőberendezéshez juttatását. Ez legegyszerűbben csigás adagoló berendezéssel valósítható meg.

3.1.9. ábra Párhuzamosan kötött, konténeres kialakítású biomassza tüzelőberendezés

Kazán kialakításokat tekintve elsősorban a rostélyos rendszerű tüzelőberendezések terjedtek el, melyek jól szabályozhatóak és magas hatásfokúak.

74

3.1.3. Faapríték tüzelésű távhő szolgáltató fűtőművek (falufűtőmű) A fűtőművek tervezésénél első lépésként az energiamérleget szükséges összeállítani. A rendelkezésre álló, gazdaságosan beszerezhető és eltüzelhető biomassza források energiatartalmát kell illeszteni az átvételi oldal energiaszükségletéhez. A 4.3 fejezetben ez részletesen ismertetésre kerül egy példán keresztül. A fűtőművek átlagos teljesítmény határa 0,5-10 MW között alakul, további mérőszámok nélküli csoportosítása az alábbiak szerint lehetséges; blokk-, csoport-, körzet-, tömb-, városrész-, város-, falu fűtés. Tüzelőberendezések kialakítása mozgó rostélyos, nagyobb teljesítmény esetén fluid-ágyas lehet. A tüzelőanyag homogenitása mindkét esetben fontos, a tüzelőanyag előkészítésén nagy hangsúly van. A mindenkori gazdaságossági szempontok szerint lehet kész aprítékot vásárolni, de előfordulhat, hogy rönk formájában kerül a létesítményhez a tüzelőanyag. Ebben az esetben megfelelő technológiai tér esetén mobil aprítóval kell feldolgozni a tüzelőanyagot, majd bejuttatni a tüzelőanyag tárolóba (3.1.10. ábra). A tüzelőanyag tárolóban szükséges kialakítani a korábban ismertetett éklétrás vagy kaparóléces tüzelőanyag szállítót, amely biztosítja a tüzelőanyag folyamatos mozgatását, bolygatását a tüzelőberendezés felé, majd ezt követően egy csigás adagoló továbbítja az aprítékot egészen a tűztérig. A tüzelőberendezés után, a technológiai sorba illesztve ciklont alkalmaznak, melynek feladata a füstgáz szilárd komponenseinek leválasztása. Szükség esetén speciális füstgáztisztító berendezésekre is szükség van.

3.1.10. ábra Mobil aprítóberendezés és gépi tüzelőanyag mozgatás

75

3.1.11. ábra 4 MW-os faapríték tüzelő fűtőmű áttekintő vázlata

3.1.4. Szalmafűtésű erőmű, hulladékhő hasznosítással A szalmatüzelés nem új keletű dolog, egész Európában alkalmazott megoldás. A szalmatüzelésnek a lágyszárúakhoz hasonlóan vannak tüzeléstechnikai nehézségei, de ezek megoldható műszaki feladatok. A másik ok, amely elsősorban ökonómiai eredetű, hogy a fosszilis energiahordozókkal szemben nem minden esetben gazdaságosak, hiszen a betakarítási-, szállítási-, tárolási- és az aprítási költségek mind terhelik a szalmatüzelést. További költség növekedés jelentkezik a stabil és folyamatos üzemű berendezések esetében, ugyanis a tüzelőanyag mennyiségének biztosítása miatt, a lokálisan keletkező szalma bálákat távolabbról kell beszerezni, így a szállítási költségek nőnek. Ha a megfelelő mennyiségű és minőségű tüzelőanyag rendelkezésünkre áll, akkor jelentkezik a következő műszaki feladat, az aprítás. Az aprítás jellege és formája a tüzelőberendezéstől függ. Van olyan megoldás, amikor a bálát bontják és aprítják (lásd 3.1.12. ábra), majd befújják a kazán tűzterébe, de léteznek olyan megoldások, amelyeknél szeletelik a bálát és egy mechanikus beadagoló, vagy tolórúd segítségével juttatják be a tűztérbe a szeleteket.

3.1.12. ábra Szalmabála bontó és aprító berendezés és annak produktuma

76

Itt szükséges megjegyezni, hogy léteznek olyan kis- és közepes teljesítményű szalmatüzelő berendezések, melyek üzeme folyamatos, de tüzelőanyag adagolása szakaszos, külső gépi vagy kézi megoldásokkal. Egyes nyugat-európai országokban találunk példát ilyen megoldásokra, ahol különböző politikai ösztönzőkkel és megfelelően kidolgozott műszaki és tűzvédelmi követelményekkel megbízhatóan és önállóan üzemeltetnek fűtőművet a gazdák, illetve civil tömörülések. A 3.1.13. ábrán látható néhány műszaki megoldás.

3.1.13. ábra 1 MW-os szalmabála tüzelő

A 3.1.14. ábrán látható hármas tagozódás magyarázata az, hogy a folyamatos üzemeltetés érdekében időbeni eltolással történik a kazánok begyújtása, így biztosítva van az egész bála villás targoncával történő biztonságos beadagolása.

3.1.14. ábra 3 MW-os szalmatüzelő fűtőmű

77

3.1.15. ábra

Szalmatüzelésű erőmű villamos energiatermeléssel

A 3.1.15. ábrán egy villamos energiatermelő szalma tüzelésű erőmű vázlata látható. A korábbiakkal ellentétben ez automatizált, folyamatos üzemű gőzkazánnal szerelt technológia, amely tartalmaz gőzturbinát és generátor egységet. A rendszer 4 részre osztható. Első rész a hőtermelés, azaz a kazán egység. Ebben a blokkban történik a tüzelőanyag kötött energiáinak hőenergiává történő átalakítása azaz elégetése. A termelt gőzzel adott hőteljesítményt továbbítunk a második blokkba ahol is a hőenergia mechanikai energiává történő átalakítása történik gőzturbina segítségével. Az átalakítás eredményeképpen keletkezik mechanikai- és hőenergia. A harmadik blokkban hasznosítjuk a mechanikai energiát és állítunk elő villamos energiát generátorral, míg a negyedik blokkban a jelentős mennyiségű hulladékhőt hasznosítjuk hőcserélő segítségével. Ezen megoldással jelentősen lehet növelni a rendszer hatásfokát. 3.1.5. Faapríték fűtésű villamos erőművi blokk hulladékhasznosítással

Az erőmű tüzelőanyag fogadó- és tárolóterének rendszere logisztikailag jól átgondolt, áthajtós rendszerűnek kell lennie. A megfelelő tüzelőanyag átvétel egyik alap pillére a gazdaságos termelésnek. A beérkezett tüzelőanyag feldolgozása, aprítása szintén fontos és elkerülhetetlen, a technológiához illesztettnek kell lennie. A megfelelő méretű apríték automatizált anyagmozgatási feladatai rendszerint zárt rendszerben történik, azaz szállítószalagos, csigás, egyes esetekben befúvásos megoldásokkal. A 3.1.16. ábrán látható blokk rajz szemlélteti egy erőmű felépítését, melyen végig követhető a teljes technológiai folyamat. Az előző fejezetben ismertetett 4 blokkos rendszer ebben az esetben is érvényes, így nem részletezzük azt. Az előzőhöz képest mutatkozó eltérés a füstgázkezelésben és tisztításban van. Az erőművi füstgázmérés folyamatos monitoring rendszerben történik, a vonatkozó jogszabályok nagyon szigorúak. A poremisszió megengedett alsó határértéke különösen

78

alacsony, ezért szükség szerint többlépcsős leválasztást alkalmaznak. A porleválasztás eszköze a ciklon, melyek lehetnek: egyszerű aknás, elektrosztatikus, zsákos, nedves, mosós kialakításúak.

Az utóbbi megoldást elsősorban hulladékégetőknél alkalmazzák, ahol a károsanyag kibocsátás veszélye magas. A tüzelőberendezés kialakítására számos megoldás, technológia, védett szabadalom létezik, ezek részletes ismertetése lehetetlen, vagy csak katalógus szintű bemutatással volna lehetséges.

3.1.16. ábra A biomassza hőerőmű vázlata

A bemutatott vázlat egy neustrelitzi biomassza hőerőművet mutat. A város korábbi gáz-gőz kogenerációs erőművének optimalizálásához tervezték, úgy hogy az alaphőigény ellátására legyen képes, s ezen túlmenően 43.000 MWh „zöld áramot“ is termeljen. Az erőművet 29,3 MW kapacitásra installálták. A tüzelőanyag kizárólag természetes állapotú fa hulladékanyagokból származik. A fa hulladék nagy részét feldarabolt erdei fák, fakéreg, valamint fűrészüzemekből származó faipari hulladékok képezik. A faanyag beszállítása a már meglévő logisztikai hálózat használatával teherautókon történik. A köztes tároló több

79

egységre van osztva, amely a különböző tulajdonságú anyagok (durvaszemcsés, finomszemcsés, nedves, száraz) egymástól elválasztott tárolását célozza meg. A rendszer lehetővé teszi a különböző anyagok tudatos keverését a berendezés igényeihez igazodva. A berendezés éves üzemideje legalább 7.500 órát tesz ki. A méretezett tüzelőanyag tároló csarnok 1.125 m2-es, a mozgó kitároló 1.000 m3-es. A gőzkazán vízcsöves, álló rendszerű, melynek teljesítménye 30 t/h. A gőz hőmérséklete 485 °C, nyomása 66 bar. A gőzturbina teljesítménye 7500 kW. A füstgáz tisztítására elektrofiltert alkalmaznak. 3.2. Hőtermelés depónia- és biogázból A depóniagázt a kisebb és változó mennyisége miatt célszerű helyben felhasználni hőtermelésre, ill. legfeljebb néhány száz méteres csővezetéken célszerű eljuttatni a felhasználás helyére. A hulladék lerakó gázkitermelő kútjaiból a gyűjtővezetékbe került gázt szűrni és vízteleníteni kell a felhasználás előtt. A tisztított gázt nyomásszabályzó és szivattyú közbeiktatásával lehet eljuttatni a gázégőhöz, amellyel melegvizes kazánt lehet fűteni. A kazán által előállított melegvíz kommunális célra, pl. használati melegvízként vagy fűtési, illetve szárítási célra hasznosítható. Szennyvíztisztítással kombinált hulladéklerakók esetében a depóniagázból előállított hő szennyvíziszap szárítására is felhasználható. A depóniagáz hasznosítására a gyakorlatban további megoldásokkal is lehet találkozni. Ezek a következők: - téglagyári hasznosítás, - aszfaltkeverő fűtése, - kertészeti fóliasátor és üvegházak fűtése, - szociális épületek melegvíz-ellátása és fűtése, - faanyag szárítása. A hulladéklerakók kiterjedtségétől függően 30 és 100 m3/h közötti gázmennyiséggel lehet számolni. Ennek megfelelően napi 700-2500 m3/nap gázzal és 40-50 %-os metántartalommal lehet gazdálkodni. A depóniagáz hálózat és a hőtermelő berendezések műszaki kialakításánál figyelembe kell venni a biztonsági előírásokat, ezért a rendszerben több biztonsági elemet, nyomásmérőket, biztonsági szelepeket, lángfáklyát, elzáró szelepeket, nyomásérzékelőket is be kell építeni. Amennyiben a depóniagáz metántartalma alacsony (30 % alatti) kiegészítő tüzelést is be kell iktatni, ez kiegészítő olajégővel vagy földgáznak a depóniagázhoz történő hozzá keverésével oldható meg. A depóniagáz tüzelésére olyan gázégőket szükséges alkalmazni, amelyek képesek alkalmazkodni a gáz fűtőértékének ingadozásához is. Erre a hőtermelés – levegő arányának szabályozására alkalmas gázégők az alkalmasak, a hagyományos kialakítású égéslevegő-éghető gáz szabályozásúakkal szemben. A depónia gáz eltüzelésére a különböző kapacitású, felügyeletet nem igénylő PLC vezérlésű melegvizes kazánok a legalkalmasabbak.

80

1

4

8

12

3,54

6

8

10

13,5

1515,515

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30év

m3

/év

/t h

ull

ad

ék

3.2.1. ábra: A depóniagáz képződés folyamata

A biogáz direkt hőtermelésre történő felhasználása kisebb gáztermelő berendezések esetén vehető számításba, amikor még nem gazdaságos gázmotoros áramtermelő és hulladékhő hasznosítókat (BHKW) beiktatni. A biogáz előállítása szabályozható fermentorokban történik és kialakult technológiák állnak rendelkezésre a gáz kéntelenítésére, ill. tisztítására, valamint rugalmas térfogatú tárolókba egy ideig el is tárolható, ezért a földgázhoz hasonlóan hasznosítható hőtermelő berendezésekben elsősorban melegvizes kazánokban, hőcserélővel felszerelt tüzelőberendezésekben. Kisebb létszám alatt (< 100 ÁE) esetén célszerű azt a megoldást alkalmazni, ahol folyamatos hőigény jelentkezik az év minden időszakában. A biogáz tüzelési rendszer kiépítése hasonló a földgáz fűtéshez. A gáztermelő fermentorokban termelt tisztított és kéntelenített gáz a gáztárolókba kerül, ahonnan szivattyúzással szelepeken, szűrőkön és nyomásszabályzókon keresztül jut el a kazánig. A biogáz tüzelésére alkalmas gázégőket a gáz energiatartalma és az égéslevegő igénynek megfelelően kell szabályozni. Az atmoszférikus égők kevésbé, a ventilátoros égők jól alkalmazhatók a tisztított biogáz kazánokba történő elégetésére. A biogáz fűtésre történő hasznosításánál a kazánok teljesítményét úgy kell megválasztani, hogy a fermentorok fűtésére jusson elegendő hő. A fermentorok mezofil fázisban 30-40 Cº-on üzemelnek, ennek fenntartásához fűtésre van szükségük.

81

3.3. Hőtermelés és melegvízellátás napkollektorokkal A használati melegvíz készítés és a fűtés éves hőenergia igényének 50 – 100 %-a napenergiával csak abban az esetben fedezhető, ha az épület igen jó hőszigeteléssel, vagy passzív napenergia hasznosításra alkalmas kivitelben épült. Télen, az alacsony napsugárzás intenzitású időszakban jelentkező fűtési hőenergia igény miatt még ebben az esetben is igen nagyméretű kollektor felület és puffer tároló térfogat szükséges. A teljes hőenergia szükségletből 20 – 50 %-al részesedő napenergia hányad esetén a tisztán használati melegvíz készítő napkollektoros rendszerekhez képest, a kollektor felületet és a tároló térfogatot mérsékeltebben kell növelni. Nagyon jó hőszigetelés mellett, 25 %-os napenergia hányadhoz 2 – 4-szeres kollektor felület szükséges. A jó rendszerhatásfok eléréséhez mindkét esetben alacsonyhőmérsékletű épületfűtési rendszer, padlófűtés, falfűtés, vagy nagy felületű radiátorok szükségesek. Magasabb napenergia részesedéshez a fűtési rendszerből visszatérő hőmérsékletnek alacsonynak kell lennie. A kiegészítő épületfűtést akkor célszerű alkalmazni, ha a megnövelt kollektor felület hőtermelése a nyári időszakban, például szabadtéri úszómedence fűtésére, vagy más egyéb célra felhasználható. Kiegészítő hő- és melegvíz szolgáltatás családi házaknál napkollektorokkal. A napkollektoros rendszer illesztését a meglévő melegvíz szolgáltató és fűtési rendszer kialakítása, és a telepítéshez rendelkezésre álló adottságok, pl. hely határozza meg. A napkollektorok elhelyezéséhez az optimális tájolású és dőlésszögű árnyékmentes tetőfelület az ideális. A kollektorokat és a fogyasztókat az adottságok szerint lehetőleg a tárolóhoz közel célszerű elhelyezni, ezzel is csökkentve a csővezeték hőveszteségét. Családi házak használati melegvízellátására döntő többségében villamos, vagy gázfűtésű vízmelegítőket alkalmaznak. Napkollektoros berendezés utólagos telepítésekor egy lehetséges megoldás, ha a napenergiás tároló a meglévő használati melegvíz készítő berendezés előtt csatlakozik a rendszerhez. Megfelelő napsugárzás esetén, így a tárolóba belépő hálózati hidegvizet a napkollektor előfűti, ezzel csökkentve a hagyományos használati melegvíz készítő berendezés energia igényét. A meglévő régi, meghibásodott vagy elavult, használati melegvíz készítő berendezés, igény szerinti kialakítású (több hőcserélős, villamos fűtőpatronnal szerelt, stb.) tárolóra cserélhető, amelyhez a napkollektor is csatlakoztatható. Az 1. ábra egy kombinált tárolóval kialakított, használati melegvíz készítésre és kiegészítő fűtésre egyaránt alkalmas rendszert szemléltet. Ezzel a megoldással nincs szükség külön használati melegvíztárolóra és fűtési puffer tárolóra. A konstrukció előnye a kisebb telepítési helyigény, a rendszer és a szabályozás egyszerűbb kialakítása, és az alacsonyabb beruházási költség. A kombinált tárolót a kollektor – a kizárólag használati melegvíz készítésre telepített rendszerekkel azonos módon – hőmérséklet különbségen alapuló szabályozással fűti. A szabályozó a hőhasznosítást a kollektor köri szivattyúval, a kollektor és a tároló alsó részébe beépített hőcserélőn keresztül, a hőszállító folyadék áramoltatásával végzi. A tároló

maximális hőmérséklete általában 95 C-ra van korlátozva. A fűtési oldalon, a kombinált tároló az épületfűtés fűtőkörének visszatérő ágához csatlakozik. A fűtési rendszer visszatérőjének a kombinált tároló visszatérőjére kapcsolását egy hőmérséklet különbség szabályozó, és az 1. ábrán látható háromjáratú szelep végzi. Ha a

tárolóban a hőmérséklet például 8 C-al magasabb, mint a fűtési visszatérő, akkor a

82

visszatérő a tároló megfelelő szekcióján halad át. Így a fűtési visszatérő hőmérséklet napenergia felhasználásával emelhető. A kazán az előmelegített visszatérő hőmérséklettől függően vagy nem kapcsol be, vagy csak alacsony teljesítményen üzemel. Ha a fűtési

visszatérő például 2 C-al hidegebb, mint a tároló hőmérséklete, akkor a háromjáratú szelep a visszatérőt közvetlenül a kazánra kapcsolja. Így a kazánnal, a tároló nem kívánt fűtése megelőzhető. A kombinált tárolóban a készenléti használati melegvíz szekció fűtése – egy hőmérsékletszabályozással ellátott használati melegvíz fűtőköri cirkulációs szivattyú segítségével – független a napenergia épületfűtési használatától.

3.3.1. ábra: Napkollektoros használati melegvíz készítés és kiegészítő épületfűtés kombinált tárolóval

Kombinált hő- és melegvíz szolgáltatás napkollektorral és pellet tüzelésű kazánnal családi

házaknál. Az energiatakarékos családi házak használati melegvíz készítésre és kiegészítő épületfűtésre is alkalmas, 1. ábrán bemutatott napkollektoros rendszer a hagyományos fosszilis tüzelőanyaggal működő kazánokon kívül pellet tüzelésű kandallóval, vagy kazánnal is társítható. Ezek a kandallók, vagy kazánok nem igényelnek folyamatos felügyeletet, automatikus vezérlésűek. Rendszer elemek összehangolása, hőtárolók, hőcserélők, szivattyúk, vezérelt szelepek. A háztartások használati melegvízfogyasztása az év során többé-kevésbé állandónak tekinthető, a nyári hónapokban kismértékű csökkenés tapasztalható. Az épületfűtés energia igénye főként télen jelentkezik, amikor a napsugárzás egyébként is kevesebb és alacsonyabb intenzitású. A személyre vonatkoztatott használati melegvízfogyasztás nagymértékben változik. Ezért helyette a napenergiás használati melegvíz készítő rendszerek jellemzésére a fajlagos

83

terhelést alkalmazzák, ami megmutatja, hogy naponta hány liter felfűtendő hideg víz halad keresztül a napkollektoros rendszeren, és ebből mennyi jut egy m2 kollektor felületre. Ez a mutató csak tisztán használati melegvíz készítő rendszerek esetén használható. Adott használati melegvíz igénynél a kollektor felület növelésével a fajlagos terhelés csökken. Közép Európában a nagyméretű, kizárólag használati melegvíz készítésre tervezett rendszereknek magas a fajlagos terhelése, ami megközelítőleg 60 – 70 l/(m2 nap) vagy még nagyobb. Az általánosságban megfelelő érték 50 – 60 l/(m2 nap), az 50 l/(m2 nap) alatti érték rendszerint túlméretezésre utal. Alacsonyabb fajlagos terhelés 30 l/(m2 nap) csak kisméretű rendszerek esetén igazolható, ha kedvező az egységnyi kollektor felületre eső fajlagos költség. Épületek kiegészítő fűtésére is alkalmas rendszerek esetén a kollektor felületre az egységnyi alapterület éves fajlagos fűtési energia igényét kWh/(m2 év) vonatkoztatják. Ezt összegezni kell a fentiekben bemutatott használati melegvízfűtés fajlagos terhelésével. Használati melegvíz készítés mellet épületfűtésre is alkalmazott rendszereknél, az átmeneti és a téli

időszak alacsonyabb Nap magasságához igazodva, a kollektorok dőlésszögét 45 -nál nagyobbra javasolt választani. Családi házak esetén a használati melegvíz készítő rendszer kollektor felülete 10 m2–ig terjedhet, amihez a maximális tároló térfogat 400 l lehet. Egy m2 kollektor felületre megközelítőleg 60 – 100 l napenergiás tároló térfogat jusson. A kiegészítő hő- és használati melegvíz készítésre alkalmas napkollektoros rendszerek méretezése összetett feladat. Erre a célra számítógépes szimulációs szoftverek állnak rendelkezésre, amelyekkel a különböző rendszerparaméterek és telepítési kondíciók, meteorológiai adatok definiálását követően számítható a rendszer éves energia termelése. A napkollektoros rendszerekben alkalmazott hőcserélők kialakításuk szerint belső és külső hőcserélők lehetnek. Családi házaknál telepített napkollektoros rendszerekben, a legtöbb esetben egy tárolót alkalmaznak, amibe be van építve a hőcserélő. Ezek a belső hőcserélők sima, vagy bordázott réz csőből, sima rozsdamentes csőből, vagy korrózióálló bevonattal ellátott acélcsőből készülnek. Sima csöves hőcserélőknél a hőátadás a jó hővezető képességű csőfelületen keresztül történik. A csövek felülete elég kicsi, így számottevő csővezeték

hosszúság szükséges. Sima csövű hőcserélőknél 10 C-os logaritmikus átlaghőmérséklet különbség esetén 1 m2 kollektor felülethez megközelítőleg 0,2 m2 hőcserélő csőfelület szükséges. Bordázott csöves hőcserélőknél a hőátadásra rendelkezésre álló felület egy méter csőhosszon jelentősen növelhető. Habár a bordázással növelhető a felület, a hőátadás még

sem javul ugyanolyan mértékben. Bordázott csöves hőcserélőknél 10 C-os logaritmikus átlaghőmérséklet különbség esetén 1 m2 kollektor felülethez megközelítőleg 0,3-0,4 m2

hőcserélő csőfelület szükséges. A viszonylag nagy 10 C-os hőmérséklet különbség csak kisméretű rendszerek esetén fogadható el. Nagyobb kollektor felület, több tároló, vagy úszómedencék fűtése estén külső hőcserélőt kell alkalmazni. A külső hőcserélő leggyakrabban csőköteges vagy lemezes hőcserélő. A csőköteges hőcserélőnek az áramláshoz viszonyított relatív nagyobb keresztmetszete miatt kicsi a nyomásvesztesége, és kevésbé hajlamos szennyeződésre. Gyakori az alkalmazásuk úszómedencék napkollektoros fűtésénél. A lemezes hőcserélők forrasztott, vagy szerelhető kivitelben készülnek. Az alacsonyabb teljesítmény tartományban a forrasztott kivitelűek olcsóbbak, mint a szerelhető változat. Napkollektoros rendszerekhez

84

ellenáramú lemezes hőcserélőket alkalmaznak. A hőcserélőket általában a gyártók által rendelkezésre bocsátott számítógépes programokkal lehet méretezni. A méretezésnél arra kell törekedni, hogy a kollektor kör a lehető legalacsonyabb hőmérsékleten üzemeljen. A kisebb hőmérséklet különbséghez elegendően nagy hőcserélőt kell választani. A hőcserélő kiválasztásánál mind a kollektor, mind a tároló oldalon lévő szivattyú meghatároz egy

térfogatáramot, ami jól használható a hőcserélő tervezéséhez. 5 C-os logaritmikus átlaghőmérséklet különbség esetén az egységnyi kollektor felületre vonatkoztatva a

hőcserélő szükséges átlagos fajlagos hőátadási teljesítménye kb. 100 W/ C/m2. A szivattyúkat a napkollektoros rendszerek kollektor körében – a kisebb termikus igénybevétel miatt – a kollektorhoz visszatérő csővezetékbe kell beépíteni. A kollektor körben a hőszállító közeg áramlásának leállásakor a kollektorban stagnáló folyadék hőmérséklete megemelkedhet, így a kollektortól a hőcserélő vagy a tároló felé előremenő

vezetékben időlegesen akár 130 C-os hőmérsékleti csúcsok is kialakulhatnak. Jól méretezett rendszer esetén ez csak ritkán, és néhány másodpercre jelentkezik. Nagyobb hőmérsékleti csúcsok megelőzhetők például olyan szabályozóval, ami nem indítja a szivattyút addig, amíg

a kollektor kilépő hőmérséklet 130 C alá nem csökken. A szivattyút a kollektor kör üzemi hőmérséklete szerint kell megválasztani, úgy, hogy az ne befolyásolhatja annak működését. A szivattyút a szükséges térfogatáram és a teljes csővezeték rendszerre számított nyomásveszteség alapján kell kiválasztani. A kiválasztásnál figyelembe kell venni, hogy a szivattyúk jelleggörbéit a gyártók általában vízre adják meg. Ha a kollektor körben a keringetett hőszállító közeg propilénglikol és víz keveréke, melynek viszkozitása a vízénél nagyobb, akkor a szivattyú kiválasztásánál korrekciót kell alkalmazni. A propilénglikol oldat víznél nagyobb viszkozitása a térfogatáram kb. 20 %-os, illetve a szállítómagasság kb. 10 %-os csökkenését eredményezi. A szivattyút úgy kell megválasztani, hogy a szerkezeti elemek (pl. tömítés, járókerék) ellen álljon a propilénglikolnak. A használati melegvíz vezetékbe beépített szivattyúknak meg kell felelniük az ivóvízvezetékre előírt követelményeknek. A napkollektoros rendszerek tartozékai, úm. hőmérők, nyomásmérők, szűrők, elzáró-, visszacsapó és vezérelt szelepek, meg kell feleljenek az üzemi körülményeknek.

Nevezetesen, 130 – 150 C-ig terjedő üzemi hőmérséklet tartomány, kompatibilisek legyenek a rendszerben alkalmazott más anyagokkal és a hőszállító közeggel, a napkollektoros rendszer üzemi nyomásának feleljenek meg.

85

3.4. A geotermális energia hasznosítása a gyakorlatban

3.4.1 A termálvíz hasznosítása a mezőgazdaságban

3.4.1 ábra A hasznosított termálvíz útja

Állattartással valamint üvegházi és fólia allatti zöldségtermeléssel foglalkozó nagyüzem Évi vízkitermelése kb. 3 millió m3, melyet 14 kút szolgáltat. Mélységük 1800- 2400 méter. A felszínre hozott víz hőmérséklete 74°C és 96°C között van. Az üzemi kitermelés búvárszivattyúkkal történik, amelyeket 60-100 m mélyre telepítették, mivel a kutak üzemi vízszintje -16 m és –40 m között van. A kutak közül több kövesedésre hajlamos. A termálvíz átlagos Na+ tartalma igen magas ( 900-3000 mg/l ), ezért vegyszeres kezelést alkalmaznak a kövesedés kialakulása ellen. A kutak vizét szigetelt acélcsöveken vezetik egy 500 m3 térfogatú zárt medencébe. Itt a víz keveredik, hőmérséklete, vegyi összetétele kiegyenlítődik. Az eredő hőmérséklet kb. 80°C. Innen szigetelt acélcső hálózat vezet tovább. A víz energiatartalmát négy lépcsőben hasznosítják:

Először légtérfűtésre szolgál üvegházakban, keltető és állattartó épületekben, valamint a műhelyekben és a szociális létesítményekben. Hőlépcső ΔT =85-60 ºC

Második lépcsőben az ún. vegetációs fűtés történik, ekkor a talajfelszín fölött 12 cm-rel, a növényektől pedig mintegy 20 cm-re elhelyezkedő, sínként is használható csővezetékben kering a víz. Hőlépcső ΔT =60-45 ºC

86

Harmadik lépcsőben a termálvíz egy talajfelszín alá süllyesztett műanyag csőrendszerbe kerül, ez az un. talajfűtés. Az üvegházak területe ~20 ha, bennük teljes egészében zöldségtermesztés folyik. Hőlépcső ΔT =45-30 ºC

Negyedik lépésben a termálvíz a nagyüzemmel szerződéses kapcsolatban álló kis gazdálkodók fóliasátraiban szolgál kiegészítő fűtésre. Hőlépcső ΔT =35-20 ºC

Ezután az elfolyó vizet tározó tóba szivattyúzzák. A tározó tóba érkező termálvíz hőmérséklete 18 – 20 °C. Ez erősen függ a külső hőmérséklettől, mivel itt már nincs szigetelés. A tározó tó területe 125 ha. Egy természetes mély területen alakították ki, körben mesterséges gátrendszert építve. A tározó nincs burkolva, földmedrű. Térszintje következtében a csurgalékvizen kívül mintegy 3000 ha szántóföld természetes vizét is összegyűjti, ezáltal a hévíz hígul, ásványi anyag koncentrációja csökken. A tározott víz hőmérséklete télen is +6°C A vizet – bár felhígulva öntözésre is alkalmas lenne – a vonatkozó engedélyek értelmében az öntözési idényben tilos a kettős működésű csatornahálózatba juttatni. Így csak október 15. és április 15. között lehet a tárolt vizet a csatornahálózaton keresztül a folyóba engedni. A termálvizes fűtésnek ez a módja gazdaságos. Az üzemeltető által közült adatok szerint, amennyiben a 20 ha területű üvegházakat gázzal fűtenék, a költségek 80 %-kal haladnák meg a mostanit. 3.4.2.Városi termál program

Az önkormányzat 1987-ben mélyíttetett egy 1462 m talpmélységű termál kutat a város területén. Az 1414-1457 m közötti rétegekből 64oC-os, maximálisan 53 m3/h térfogatáramú, alkáli-hidrogénkarbonátos, kloridos jellegű, gyógyhatású hévizet hoztak a felszínre búvárszivattyú alkalmazásával.

A termálvizet 1992-ig ideiglenes fürdőben hasznosították, majd kidolgoztatták a termálvíz komplex hasznosításának tervét, valamint megvalósításának ütemezését. A beruházást végső soron teljes egészében a városi önkormányzat finanszírozta, bizonyítva a helyi kezdeményezőkészség, a hosszú távú tervezés, összefogás és ésszerű kockázatvállalás sikerességét. A beruházás első ütemében 1992-ben elkészült a kitermelő, kezelő, tároló, továbbító és a használt termálvíz elvezető rendszer, amellyel az egykori diáktábor területén megépülő meleg-vizes medencét látták el termál-vízzel. A beruházás második ütemében került sor az energetikai hasznosításra. A komplex hasznosítás igényéből fakadt az energetikai hasznosítás szükségessége. A termálvíz korróziós tulajdonsága miatt a korrózióálló acélvezeték helyett előszigetelt polipropilén távvezetéken vezették a termálvizet az általános iskolához, ahol hőcserélőn keresztül adódik át a termálvíz hőenergiája az iskola központi fűtési rendszerének. A fűtési rendszer vizsgálata során megállapították, hogy a beépített radiátorfelület túlméretezett, így az elméletileg 90/70oC-os fűtési rendszer a valóságban képes 60/50 oC-on biztosítani az

87

épület fűtését. Ezért radiátorfelület növelése nélkül, csak a termálvíz energiájával fűtik a mai napig is az iskolát. A fűtési rendszerben lehűtött termálvíz a melegvizes fürdő medencébe kerül. Az energetikai és a balneológiai hasznosítás sorba kapcsolása ésszerű, takarékos megoldás valamint szükségtelenné teszi a hálózati hidegvíz bekeverését a medencébe. Az iskola termálvizes fűtésének rendkívül kedvező gazdasági és műszaki tapasztalatai alapján 1997-ben újabb fogyasztót kapcsoltak a rendszerbe, a városi művelődési házat. Hasonlóan az iskolához, itt is radiátorfelület bővítése nélkül, teljes egészében termálvízzel fűtik a létesítményt. A lakosság növekedése miatt 2000-ben megépült egy újabb 16 tantermes általános iskola, melyet szintén termálvízzel fűtenek. 2003-ban elkészült a tornaterem és a tanuszoda is, melyek alapfűtését és légtechnikai hőigényét szintén termálvízzel biztosítják. A rendelkezésre álló termálenergia most már nem elégséges a rendszerre kapcsolt létesítmények csúcsidei hőenergia-ellátásához, ezért és a szolgáltatás biztonságának növelésé érdekében földgáztüzelésű csúcskazánokat is alkalmaznak. A csúcskazánok üzemeltetése mellett, az éves fűtési hőenergia-igényének több mint 90%-át termálvízzel biztosítják. A geotermális energia gazdaságossága ma már nem kérdés. Jelenleg 1 GJ fűtési energia előállítása földgáz felhasználásával 2700 Ft, míg a termálenergiával ugyanez 400-600 Ft között van. A program a városban tovább folytatódik. A közeljövőben további önkormányzati intézmények fűtését kívánják megvalósítani a geotermális energia segítségével.

3.4.2. ábra Az általános iskola uszodája(forrás:www.godoloregio.hu)

A termálkút adatai:

Kútkataszter száma: B.15.

Talpmélység: 1462,0 m

Kútkapacitás: 800 l/min (48 m3/h)

Termálvíz hőmérséklete: 64oC

Vízkivétel módja: szivattyús

88

A jelenlegi hasznosítás:

a hat intézmény fűtési hő-teljesítmény igénye 1,63 MW a használati melegvíz hő-teljesítmény igénye 0,22 MW a termál medence hő-teljesítmény igénye 0,3 MW

A termálvíz hasznosítás - 4,1°C külső hőmérsékletig teljes egészében fedezi a hőigényt, ilyen módon a hőigény 98 %-a biztosítható. Optimális működési körülmények között az évente megtakarítható földgáz mennyisége : 609 ezer köbméter.

89

3.5. Áram- és hőtermelés biogázból A biogáz legelterjedtebb és egyik leggazdaságosabb felhasználása a motorikus hasznosítás, amikor a gáz energiáját először robbanó motorban mechanikus energiává, majd a motor mechanikus energiáját áramfejlesztő generátoron keresztül villamos árammá alakítják át, miközben a motor hűtése során nyert hulladékhő szintén energiaként hasznosítható. Ez a megoldás azért terjedt el egész Európában, mert a legtöbb országban törvényben garantálják az így termelt un. „zöldáram” átvételét, amelyért különböző ”állami bónuszok” alkalmazásával kedvező árat fizetnek a termelőnek. Előnyös a villamos energia formájában történő energiaátadás azért is, mert a biogáztelepek külterületi elhelyezkedése folytán a legegyszerűbben kivitelezhető. Ezért az áramtermelő blokkal is rendelkező biogáz üzemek teljesítményét a villamos áram termelő kapacitással jellemzik, azaz „kWe” vagy „MWe” mértékegységben határozzák meg. A villamos áramot termelő biogázüzemek teljesítménye a gyakorlatban 50 és 2500 kWe között alakul. Az üzem méretét és az alkalmazható technológiát alapvetően helyben rendelkezésre álló imputanyagok mennyisége határozza meg, ezen belül: az állatlétszám és a keletkezett trágya mennyisége; a növénytermelésből nyerhető biogázalapanyagok (silókukorica, GPS, fű, cirok) rövid szállítási távolságon belül beszállítható magas energiatartalmú élelmiszeripari

hulladékok. Befolyásolja azt a keletkezett hulladékhő hasznosítási lehetőségei, valamint a kierjedt szubsztrát további feldolgozásának és elhelyezésének megoldása. A villamos áram előállítására alkalmas biogázüzem az alábbi egységekből épül fel: a szubsztrát alkotók előtárolásának létesítményei (hígtrágya tároló, folyékony és

szilárd szervesanyagok előtárolói); a szerves szilárd alkotók előkészítő (aprító, keverő, bemérő, adagoló) berendezése; az élelmiszeripari hulladékok higienizálását végző higienizátor; a gáztermelést végző fermentorok; gázhűtő, kéntelenítő és szűrő berendezés; gáztároló; gázanalizátor; gázfáklyázó a gázmotoros áramfejlesztő, áramátalakító és betápláló; a hulladékhő elosztó és hasznosító központ; vezérlő- és irányító központ; a kierjedt szubsztrát átmeneti tárolására alkalmas végtárolók.

A biogázüzem elvi telepítését szemlélteti a 3.5.1. ábra. A kisebb (500 kW alatti) biogázüzemeknél egyes egységeket meg lehet takarítani vagy összevont funkcióval üzemeltetni. Az előtárolókat az alapanyagok fizikai tulajdonsága alapján kell kialakítani. A hígtrágyát és a folyékony fázist keverővel ellátott előtároló tartályba gyűjtik. A szilárd alkotókat (silókukorica, GPS, baromfi trágya stb.) nyitott vagy fedett betonozott területen, ill. mozgó fenekű garatba célszerű elhelyezni. Amennyiben halmazban tárolják

90

akár homlokrakodó gépet kell rendszeresíteni az adagoláshoz és a prizmázáshoz. Az előtárolók térfogatát az üzem kapacitásának függvényében 100 és 300 m3 között választják meg.

3.5.1. ábra: Biogázüzem elvi felépítése

A folyékony fázis adagolása a fermentorokba szivattyúva történik. A szilárd szerves alkotókat aprítani, homogenizálni és bemérőn keresztül adagolni a fermentorba. Ezek az előkészítők rendszerint konténer szerű felépítésűek, amelyekbe csigás keverő, aprítóberendezés és adagoló található. A feltöltésük szállítószalaggal vagy homlokrakodóval történik. Fontos, hogy minél apróbb és homogénabb legyen a keverék, mert így a baktériumok könnyebben bontják le azt. Amennyiben vágóhídi melléktermékeket vagy állati hullák feldolgozásából származó szerves hulladékokat is felhasználnak az üzembe, akkor higienizátor beépítése is szükséges az előkészítő technológiákban, amely hőkezeli (70 Cº-on) az így beadagolt szubsztrát összetevőt. A folyamatos üzemű fermentorokba folyamatos a szubsztrát utántöltése és a kierjedt szubsztrátnak az elvitele is a rendszerből. A kisebb teljesítményű biogázüzemek (100 kWe-ig) általában egy fermentorral, a nagyobbak rendszerint két fermentorral dolgoznak. A fermentorok térfogata néhány száz m3-től 2-3 ezer m3-ig terjedhet. Betonból vagy acélból készülhetnek. Manapság a speciálisan felülkezelt acéltartályok a legelterjedtebbek. A fermentorokban folyamatosan keverni kell a szubsztrátot az egyenletes gázfejlődéshez. A keverés megakadályozza a rétegződést és a baktériumok élettevékenységét aktivizálja. Többféle keverőberendezést alkalmaznak: tangenciális elhelyezkedésű lapátos vagy ferde tengelyű szárnyaskerekes, ill. függőleges sínen mozgó szárnyas kerekes megoldások a legelterjedtebbek. A fermentorokat üzemi hőmérsékletre kell felmelegíteni és azon kell üzemeltetni, ezért a fermentorok belső terébe vagy külső palástja köré melegvíz fűtésű csőkígyókat helyeznek el és fermentor tartályokat külső szigeteléssel látják el. A fermentor tartályok kúpos vagy félgömb alakú tetőterében helyezik el általában a rugalmas fokú gáztárolókat. Hasonló tetőzettel látják el a hígtrágya előtárolót és a kierjedt szubsztrát gyűjtésére szolgáló

91

utótárolókat is, hogy valamennyi technológiai fázisból összegyűjthető legyen a képződött biogáz. Az anyagáramlást az előtároló, a főfermentor, az utófermentor és a végtároló között szivattyúk biztosítják. Valamennyi tartályba található keverő berendezés is. Nagyobb biogáz telepekre (2 MWe felett) külön gáztároló tartályt is rendszeresítenek puffer tárolás céljából. Külön gáztároló esetén a biogázt hűtik, ezáltal csökkentsék a tárolóban uralkodó nyomást és növeljék a tárolható gáz mennyiségét. Mielőtt a gáz a gáztárolóba kerül dekondenzálják és kéntelenítik. A tisztított gáz gázanalizátoron keresztül jut el az áramtermelő blokkba. Az analizátor a biogáz összetevőit, mindenekelőtt a metántartalmat méri és ennek megfelelően szabályozza a gázmotor működését.

3.5.2. ábra: Gázmotoros energiatermelő-blokk egység

Az energiatermelő blokkok rendszerint többhengeres gázmotorból, ill. villamos generátorból és a motor hűtőkörébe, valamint a kipufogó rendszerbe beépített melegvizes hőcserélőből állnak. A gázmotorok alacsony fordulatszámú többszelepes, stabil járású 6, 8, 12 vagy 16 hengeres Ottó-motorok, amelyek közvetlenül hajtják meg az áramtermelő generátort. Az energiatermelő egység összhatásfoka 80-88 % között alakul. Ezen belül az elektromos áramtermelés hatásfoka 35-39 %, a hőátadás hatásfoka pedig 45-49 % között változhat. A generátorok 50 Hz frekvencián, 400 V feszültséggel dolgoznak. A legtöbb energiatermelő blokkegységgel (BHKW-vel) rendelkező biogáz üzem energiamérlegében 27-30 %-kal jelenik meg az értékesített villamos áram, 28-30 %-kal a belső fűtési energiaigény és 25-27 %-kal a külső (értékesíthető) hőenergia mennyisége. A rendszer vesztesége átlagosan 10 % körüli. A biogázüzem energia mérlegét szemlélteti a 3.5.3. ábra. Az össztermelő egységnél ki kell építeni a villamos áram átadásának szabályozási és mérési feltételeit is. A villamos áramot és hőt előállító biogáz üzemek kapacitását alapvetően a rendelkezésre álló alapanyag (szubsztrát) mennyisége határozza meg. Egy m³ fermentor térfogata éves átlagban 6-7 tonna szubsztrát mennyiséggel kell számolni, amelynek 30-50 %-át hígtrágya, további 30-40 %-át növényi eredetű alkotók (silókukorica, GPS, cirok, fű stb.) és 10-30 %-át állati eredetű hulladékok alkotják.

92

3.5.3. ábra: Biogázüzem energiamérlege Általános szabályként elfogadhatók az alábbiak:

a biogázüzem fajlagos beruházási költsége a kapacitás függvényében csökkenthető;

ugyancsak ezzel arányosan a beruházás megtérülési ideje is csökken; a hulladékhő hasznosítása jelentősen befolyásolja a költségeket és a

megtérülést, ezért a hulladékhő mind nagyobb arányú hasznosítására kell törekedni;

hasonlóan az üzem éves kihasználtságának növelése szintén kedvező irányban befolyásolja a biogáz üzem megtérülését.

A biogázüzemek fontosabb fajlagos üzemelési mutatóit foglalja össze a 3.5.1. táblázat. 3.5.1. táblázat: Biogázüzemek fajlagos üzemelési mutatói

Megnevezés Mutató

Gázkihozatal 1 m³ fermentor térfogatból átlagosan:

- naponta 1-2 m³/nap

- évente 350-700 m³/év

Villamos áram termelés:

- 1 m³ biogázból 1,5-2,5 kWhe/m³

- 1 m³ fermentorból naponta 3,0-4,0 kWhe/m³/nap

- 1 m3 fermentorból évente 1050-1400 kWhe/m³/év

Kierjedt szubsztrát (trágya) mennyisége:

- 1 m³ fermentorból naponta 15-20 kg/m³/nap

- 1 m³ fermentorból évente 5,0-6,0 t/m³/év

Hasznosítható tápanyag 1 m³ fermentorból

- Nitrogén 18-20 kg/m³/év

- P205 7-8 kg/m³/év

- K205 20-22 kg/m³/év

93

3.6. Hő- és kapcsolt áramtermelés növényi olajból Az elektromos áram és hő hidegen préselt szűrt és nyálkátlanított növényi olajjal üzemelő dízelmotorból és áramfejlesztő generátorból felépülő energiatermelő blokkal is előállítható. A villamos energiát a generátor szolgáltatja, a hőenergia pedig a motor hűtőköréből és a kipufogó rendszeréből nyert hulladék hőből nyerhető. A blokkfűtő egységeknél (BH KW) a hőenergia a termelt villamos energiának 1,5-2,0-szerese lehet, ezért rendkívül fontos az energia komplex hasznosítására törekedni. A növényi olajjal működő energiatermelő blokkok kétféle alkalmazási területre terjedt el. Az egyik a főleg áramcentrikus használat, amikor a villamos áram termelésre állítják üzembe a berendezést és a hőtermelés másodlagos célokat szolgál. Ez lehet elektromos hálózattól független (szigetszerű) áramtermelés vagy elektromos hálózattal összekapcsolt áram-előállítás. A másik és elterjedtebb alkalmazási terület, amikor a hőtermelés dominál az energiatermelésen belül. A legtöbb növényi olajjal működő áram és hőtermelő blokkot (BHKW-t) családi házak és kisebb ipari vagy közösségi épületek fűtésére, ill. melegvíz ellátására állítják üzembe. 3.6.1. táblázat: A növényi olajjal üzemelő energiatermelő blokkegységek főbb alkalmazási területei

Terület Felhasználás

Lakóépületek Családi házak Többlakásos házak Lakóparkok Lakótömbök

Közösségi épületek Kórházak Iskolák Óvodák Uszodák Templomok Közösségi házak

Kereskedelem Szállodák Csoportos szálláshelyek Vendéglátó egységek

Ipari létesítmények Kisebb ipari üzemek Vágóhidak Sajtüzemek Konzervüzemek Pékségek Irodaépületek Raktárak

Mezőgazdasági létesítmények Istállók Fejőházak Keltetőházak Takarmányüzemek Tanyák, farmok

94

Az elsődleges áramtermelés a szigetszerűen elhelyezkedő közművektől távol eső mezőgazdasági-, kereskedelmi egységeknél és élelmiszer-feldolgozóknál kerül előtérbe, a hőtermelésnek pedig a lakó- és közösségi épületeknél, ill. az ipari létesítményeknél van priorítása. A motorikus hő- és áramtermelő energia blokkokat (BHKW) elsősorban 5 és 30 kWe tartományba építik, amelyhez 10-60 kW/hő hőteljesítmény szolgáltató képesség tartozik. Az ennél nagyobb teljesítményű egységekkel ritkábban lehet találkozni. Amikor az előzőeknél nagyobb teljesítményigényeket kell kielégíteni, akkor moduláris beépítéseket alkalmaznak, azaz 60 kWe esetén 2 db 30 kWe egységet építenek be. Ebben azt esetben a két modul külön-külön és együtt is üzemeltethető az energia szükségletnek megfelelően, amely egyben takarékosabb üzemet is jelenthet. A növényi olajjal működő energiablokkok energiamérlegében átlagosan 35 %-kal jelenik meg a villamos energia és 57 %-ot képvisel a hőenergia, az energiaveszteség 7-8 %-ot tesz ki. A növényi olajos energiatermelő blokkok a következő egységekből épülnek fel: növényi olaj tároló (előállító); többhengeres nyersolajmotor; az áramfejlesztő generátor; a motor hűtőfolyadék hőcserélője; a kipufogógáz hőcserélője; a melegvíz kör csatlakozó elemei; a melegvíz kör csatlakozó elemei; a hálózati áramcsatlakozó; a kapcsoló és vezérlő szekrény.

Az energiatermelő blokk olajtárolója vásárolt növényi olajjal, ill. saját előállítású növényi olajjal tölthető fel. A vásárolt növényi olaj esetén megfelelő méretű tárolóról és napi tartályról kell gondoskodni, a növényi olaj ellátó vezeték rendszer és szivattyú beépítése mellett.

3.6.1. ábra: Növényi olaj üzemű energiatermelő BHKV hőtárolóval

95

Mezőgazdasági környezetbe célszerű növényi olajprést és tisztító egységet beépíteni a rendszerbe, amely közvetlenül az olajosmag (repce) feldolgozásával állítja elő a növényi olajat. Ezek ugyanúgy beszerezhetők a kereskedelmi forgalomban, mint az energiatermelő blokkok. A két konténer szerű kialakítású egység jól telepíthető egymás mellé, és az üzemük elektronikusan összehangolható, azaz a prés és a szűrő egység annyi olajat állít elő naponta, amennyit a motorikus hő- és áramtermelő blokk igényel. Az energiát ebben az esetben olajosmag formájában kell tárolni, amely lehet kisebb méretű lábakon álló fémsiló is. Az energiatermelő konténerblokkokban alkalmazásra kerülő motorok, növényi olajra átalakított közvetlen befecskendezésű (MWS, AAN) dízelmotorok, amelyekbe speciális fúvókákat és izzító gyertyákat építettek be. A növényiolaj nagyobb viszkozitása miatt nagyobb keresztmetszetű hajtóanyag vezetékeket és nagyobb teljesítményű tápszivattyúkat kell alkalmazni. A motort rugalmas tengelykapcsolón keresztül építik össze az áramtermelő generátorral.

3.6.2. ábra: Növényi olajos BHKV konstrukciós kialakítása A napi hajtóanyagtartályt (üzemanyag tankot) a motor közelébe célszerű elhelyezni. Amennyiben a nagyobb olajmennyiséget befogadó tartály távolabb helyezkedik el, átemelő szivattyú beépítése is szükséges. Szabadtéri tartály és vezetékek esetén gondoskodni kell megfelelő fagyvédelemről is. Az energiatermelő blokkba beépített növényi olaj üzemű dízelmotorok fokozott környezetvédelmi felszereltséggel rendelkeznek. A legtöbbjük kipufogó rendszerébe oxidációs katalizátort és részecske szűrőt is alkalmaznak. Az energiatermelő egységek vezérlése nagyfokúan automatizálható az igényelt energia szükségletnek megfelelően felügyeletet alig igényelnek. A hajtóanyag-ellátásról gondoskodni kell és átlagosan 1000 üzemóránként el kell végezni a motor karbantartását is.

96

A növényi olaj kazánok fűtésére is felhasználható. Ebben az esetben a melegvizes kazánokhoz növényi olaj beporlasztására alkalmas átalakított olajégőt kell illeszteni. A növényi olajat a tároló tartályból szivattyú juttatja el a kazán közelébe telepített előmelegítő tartályba, ahol az olaj viszkozitása lecsökken és így lehetővé válik a beporlasztása a tűztérbe. Ez a megoldás elsősorban a saját előállítású, kedvező árú növényi olajok esetén javasolható, mindenekelőtt a mezőgazdasági vállalkozások és farmok esetén, ahol a technológiák melegvizet igényelnek, vagy pl. növényi olaj fűtésű gabonaszárítókat üzemeltetnek. 3.7. Hő- és kapcsolt áramtermelés bioetanolból

Ez a lehetőség elsősorban a kisebb (évi 3-5 ezer tonnás) bioetanolgyártó üzemek esetében alkalmazható megoldás, amikor bioetanol értékesítése valamilyen korlátokba ütközik, illetve a végtermék magasabb víztartalmú (95-96 %-os tisztaságú) nem finomított bioetanol. Ebben az esetben a növényi olaj vagy biodízel üzemű energiatermelő blokkokhoz (BHKW) hasonló bioetanollal üzemeltetett energiatermelő blokk beállítására nyílik lehetőség. Az ilyen üzemek energia-kimenete ugyancsak kétirányú. Egyrészt villamos energiát állítanak elő, amely a hálózatba táplálható és így mint zöldenergia kerülhet értékesítésre, másrészt az energiatermelő blokk hulladékhője pedig hőenergiaként kerülhet hasznosításra. A kétféle energia egymáshoz viszonyított részaránya egy a másfélhez-kettőhöz (1: 1,5-2,0), azaz egységnyi termelt villamos energia mellett másfél-kétszer annyi hőenergia keletkezik az üzemelés során. Az ilyen energiablokk akkor gazdaságos ha a hőenergia is hasznosításra kerülhet. Bioetanol előállító üzembe telepítve a legkézenfekvőbb a hulladékhő felhasználása az etanolgyártási technológiában, ahol egyébként a fermentációs folyamatok és a lepárlás jelentős hőmennyiségeket igényelnek. Természetesen másirányú hőhasznosítás is lehetséges. A bioetanolt hasznosító energiatermelő blokkegységek annyiban különböznek a növényi olajat hasznosítóktól, hogy itt speciális etanol motorok kerülnek beépítésre, amelyet benzinüzemű Otto-motorokból alakítanak át. A teljesítményük a 30 kW-tól akár több száz kW-ig terjedhet. Ezek a motorok átalakított égéstérrel rendelkeznek, nagyobb kompresszió-viszonnyal üzemelnek, az üzemanyagellátó rendszerük rozsdamentes kialakítású elemeket tartalmazhat csak. Nagy teljesítményű injektorokat és gyújtő gyertyákat szükséges az etanol motorokba beépíteni. Az elektronikus motorvezérléseket is figyelembe véve a legkorszerűbb etanol motorokban 300-nál is több olyan alkatrész található, amely eltér a hagyományos benzinmotoroktól. A speciálisan bioetanol üzemre gyártott motorok további előnye, hogy nem igényelnek finomított (99 % feletti) bioetanolt, jól működtethetők 4-5 % vizet tartalmazó 95-96 %-os etanollal is, így nem szükséges az etanol – általában jelentős költségekkel járó – finomítása. Sőt a kisebb mennyiségű víz az etanolban tovább növeli az etanol oktánszámot és javítja a motor termikus hatásfokát. Az etanol motor által meghajtott generátor állítja elő az áramszolgáltatók felé értékesíthető villamos energiát. A hálózati betápláláshoz természetes szükség van megfelelő szabályzókra és villamos mérő berendezésekre. Az etanolos energiablokk-egység esetében a hulladékhő a motor hűtőköréből és a kipufogó köréből nyerhető, megfelelő hőcserélők beépítésével, amelyek folyadék-folyadék, illetve gáz-folyadék hőcserélők lehetnek. A hőhasznosító rendszereket is el kell látni megfelelő szabályzókkal.

97

3.7.1. táblázat: A bioetanol motorokban használható üzemanyag és a benzin fontosabb tulajdonságai

Jellemzők Bioetanol Motorbenzin

Sűrűség (g/cm3) 0,7893 0,720-0,780

Elemi összetétel (%)

C H O

52,14 13,13 34,73

83-88 12,0-14,3

0-2,7

Kéntartalom (ppm) <1 ≤150

Atmoszférikus forráspont (Cº) 78,5 25-220

Fűtőérték (MJ/kg) 26,7 43

Kísérleti oktánszám 111 88-99

Motorikus oktánszám 92 80-88

98

3.8. Bio-motorhajtóanyagok alkalmazása erőgépekben és jármű motorokban

A fosszilis energiahordozók kiaknázásának visszafogása, nem utolsó sorban a magasabb árak elérése érdekében, valamint az üvegházhatást okozó gázok levegőbe juttatásának drasztikus csökkentése, amelyért napjainkban már legnagyobb mértékben a közlekedés és a motorikus felhasználások a felelősek, a bio-motorhajtóanyagok alkalmazására irányítja a figyelmet. Az utóbbi időben óriási lendületet kapott a bio-motorhajtóanyagok fejlesztése és alkalmazása. Hidegen préselt növényi olajok alkalmazása motorok hajtóanyagaként Az Európai Unióban – elsősorban a mezőgazdaságban – már több ezer traktort betakarítógépet, tehergépkocsit és személygépkocsit üzemeltetnek probléma nélkül hidegen préselt, szűrt és nyálkátlanított, főleg repcéből előállított növényi olajjal. A hidegen préselt növényi olajok speciális erre a célra kifejlesztett motorokba (Elsbett, MWS) vagy átalakított dízelmotorokban használható fel üzemanyagként. A speciális motorok méretezésénél és gyártásánál eleve figyelembe vették a növényi olaj eltérő tulajdonságait, így azoknál az közvetlenül felhasználható. A hagyományos dízelmotorokat hidegen préselt növényi olaj üzemanyag alkalmazásához át kell alakítani a zavartalan üzemelés érdekében. Az átalakítás mértéke és költsége motortípusonként eltérő lehet műszaki kialakításában és költségeiben is. 3.8.1. táblázat: A hidegen préselt növényi olaj alkalmazásához lehetséges motorikus átalakítási megoldások Rendszer Műszaki megoldás Előnye Hátránya Költsége

Egy-tartályos rendszer:

Egy üzemanyag tartály - tiszta növényi olaj üzem, - használata a megszokottól nem tér el,

- nem minden járműnél alkalmazható, - nehezebb téli indítás

Nagyobb; 2000-5000 euró/motor között

Üzemanyag melegítés

Átalakított befecskendező

rendszer

Két-tartályos rendszer:

Két üzemanyag tartály,

- univerzális alkalmazás, - építőszekrény elv továbbfejleszthető, - biztonságos indítás télen is, - tisztább üzem a gázolaj öblítés következtében

- mindig szükség van gázolajra, - második tartály helyet foglal, - átkapcsolást figyelni kell - eltérő szagkibocsájtás

Kisebb; 1500-2500 euró/motor között

Üzemanyag melegítés

Átalakított befecskendezés

99

3.8.1. ábra: Egytankos növényi olaj motoros üzem átalakító készlete személygépkocsikhoz

A járművekbe és az erőgépekben található átalakítást igénylő motorok égésterének és befecskendező rendszerének a kialakítása elő- vagy örvénykamrás, illetve közvetlen befecskendezésű megoldású lehet. A kamrás égésterű motorokat napjainkban már ritkábban alkalmazzák, pedig ezek jobban megfelelnek a tiszta növényi olajos üzemre azáltal, hogy az üzemanyag és a levegő keveredése a kamrában kialakult örvénylés következtében tökéletesebb, mint a közvetlen befecskendezésű motorok esetében. A kamrás motoroknál nagyobb befecskendező fúvókákat és nyalábszerű üzemanyag porlasztást lehet alkalmazni. A közvetlen befecskendezésű motoroknál a növényi olaj alapú üzemanyag közvetlenül az égéstérben, a dugattyúfedélben kiképzett üregbe (üregekbe) kerül befecskendezésre. Itt gyengébb az örvényképződés és a levegővel történő keveredés hatása, ezért finomabb és egyenletesebb porlasztásra van szükség. Ezért ezeknél a motoroknál többfuratos fúvókákat és nagyobb befecskendési nyomásokat alkalmaznak. Ezek a motorok érzékenyebbek a szennyeződésekre és a motorban kialakult lerakódásokra. A közvetlen befecskendezésű motorok esetében a kétféle üzemanyagot használó kéttartályos átalakítás a célravezetőbb a jobb tisztító hatása miatt, míg az elő- vagy örvénykamrás motorok esetében mindkét megoldás egyaránt alkalmazható. A legújabb konstrukciójú – hengerenkénti szivattyús befecskendezésű, ill. a közös nyomócsöves (Cammon Rail) befecskendezésű – motorok esetében még körültekintőbben kell eljárni az átalakítások során, mivel ezek magas 1600-2500 bar befecskendezési nyomással és még finomabb porlasztással üzemelnek, az alkatrészeik kényesebbek. Az ilyen motorok átalakításával kapcsolatban kevesebb a tapasztalat és kevesebben is vállalkoznak a garanciával vállalt átalakításokra.

100

3.8.2. ábra: Kéttankos átalakító készlet növényi motorokhoz

A kéttankos növényi olajos jármű üzem esetén a gázolajos indításhoz és leálláshoz póttartályt kell beépíteni a járművekbe, amelynek térfogata célszerűen a növényolaj tartálynak mintegy 10 %-a. A növényolaj tartálytól a motorig nagyobb keresztmetszetű üzemanyag-csöveket kell beépíteni, kivétel ha tartályfűtést alkalmazva melegítik fel a növényi olajat. A tartályban történő növényi olaj előmelegítés az egy- és kéttankos módszernél is alkalmazható, hátránya, hogy sok energiát igényel. A növényi olaj befecskendezési hőmérsékletre (70-80 Co-ra) történő felmelegítésére elektromos fűtést, vagy a vízhűtő körbe vagy az olajhűtő körbe kapcsolt hőcserélőket alkalmaznak. Ez utóbbi főleg a kéttankos módszernél további átváltó szelepekre, hőmérséklet szondákra és kijelzőkre is szükség van a gázolaj és növényi olaj üzem átváltásához. Általában külön-külön szűrőket is be kell építeni a kétféle üzemanyag tulajdonságainak megfelelően. Az egytankos módszernél extra erősségű izzító gyertyákra is szükség van, amelyek jobban előmelegítik az égésteret a magasabb lobbanáspontú növényi olaj égésének beindításához. A kétféle rendszer költségei között jelentősek a különbségek. Ennek oka, hogy a kéttartályos rendszer olcsóbb elemekből építhető ki, mint az egytartályos megoldás.

101

A hidegen préselt tiszta növényi olajjal történő üzemeltetéssel elsősorban a mezőgazdasági erő- és betakarítógépeken lehet találkozni, ahol önköltségi áron állítható elő az üzemanyag, de alkalmazzák személygépkocsikon, autóbuszokon, tehergépkocsikon, vasúti szállításban és hajókon is. Ez utóbbiaknál az olcsóbb üzemanyag-forrás mellett a környezetvédelmi szempontok nagyobb súllyal szerepelnek. Biodízel mint motorhajtóanyag A biodízel növényi olajból átészterezéssel nyert motorhajtóanyag, zsírsav-metilészter, amely egy szabványosított (DIN/MSZ/EN 14214) üzemanyag. Tulajdonságait tekintve nagyon hasonló a hagyományos gázolajhoz, energiasűrűsége azonban annak csak 91 %-a. A biodízel a legtöbb új konstrukciójú dízelmotorban használható üzemanyagként. Ezeket a motorokat B 100-as jelzésű 100 % növényi olaj metilészterrel (RME-vel) is üzemeltethető jelzéssel látják el. A legtöbb traktorgyártó, emelőgép gyártó és betakarító gépeket gyártó már lehetővé teszi, hogy erőgépeit ezzel a motorhajtóanyaggal üzemeltessék. Ezeken kívül használják a biodízelt autóbuszokban, tehergépjárművekben, vasúti járművekben, hajókban és személygépkocsikban egyaránt. Egy sor országban az üzemanyagkutaknál külön biodízel kútfejekből lehet 100 % biodízelt tankolni a járművekbe. A legtöbb biodízel töltő állomás vagy kútfej Németországban ( 1900 db) és Ausztriában található. Vannak zárt rendszert alkotó biodízel felhasználók, amelyek a saját termelésű repcéjüket dolgoztatják fel biodízellé és saját maguk használják azt fel. Ennek különösen a jövedéki adómentesség szempontjából van jelentősége.

3.8.3. ábra: Biodízel előállításának technológiája

102

Ugyanakkor a legtöbb EU-s tagállamban bekevert formában jelen van a széles körben használt gázolajban mintegy 2-4 %-os mértékig, amelynek részaránya várhatóan tovább növekszik majd a jelenleg még uniós ajánlások, későbbiekben a közösségi előírások alapján. A biodízel bekeverésével a hagyományos gázolajnak a környezetre gyakorolt kedvezőtlen emissziós hatásai mérsékelhetők. A biodízel bekeverésnek és a B 100-as üzemanyag használatának a növényi olajok rendelkezésre állása, a gyártókapacitások bővülésének sebessége és az adózási szabályok szabhatnak határt. Az eddigi kutatások és kísérletek azt mutatják, hogy a biodízel akár 20 %-os mértékig is hozzá keverhető a gázolajhoz a hagyományos motorkonstrukción és a beállításokon történő változtatás nélkül. A biodízel üzem azért tekinthető környezetbarátnak, mert ~70 %-kal kevesebb széndioxid kerül a levegőbe, valamint egyáltalán nem tartalmaz ként, így kénszármazékokkal sem terheli a környezetet. A legtöbb motornál – 20 Cº-ig használható, azon túl téli biodízelt kell használni. A biodízel előnye, hogy a benne található zsírsav molekulák jó kenőképességgel rendelkeznek és javítják a hajtóanyag-adagoló szivattyúk kenését, ezáltal csökkentik az adagoló kopását. Hasonló előnyök jelentkeznek a motor hengereinél is, azonban vannak olyan tapasztalatok, hogy tartós biodízel üzem esetén rövidebb ciklusokkal kell a motorolajat cserélni. Egyértelmű tapasztalat, hogy biodízel használat során a motor hatásfoka nem változik, a forgató nyomaték lefutása is nagyon hasonló vagy azonos a hagyományos dízelüzemanyagéval. A jó gyulladási hajlam miatt alacsonyabb a biodízellel hajtott motor zajszintje. A biodízel előnye, hogy jól keverhető a hagyományos gázolajhoz és előnyösen alakítja annak motorikus tulajdonságait. Nem szennyezi a környezetet, talajra, vízbe kerülve gyorsan lebomlik.

3.8.4. ábra: Biodízel üzemanyag tankolása

A biodízel hátrányaként szokták emlegetni a nagyobb korrozív hatását, amelyet a víztartalmával és szabad OH csoportjával hoznak összefüggésbe. A színesfémek mellett a gumi és bizonyos műanyag alkatrészek korróziójára hat kedvezőtlenül. Ez utóbbiakat ezért

103

flour kaucsukra cserélik manapság a gyártók. Hátrányként jelentkezhet az üzemanyagszűrők gyakoribb tisztítása is. A leginkább hangoztatott hátránya a nagyobb nitrogénoxid kibocsájtás. A biodízel kedvezőtlen tulajdonságai adalékolással kompenzálhatók. Elsősorban cetánszám növelő, oxidációt és korróziót csökkentő, folyást javító, detergens – díszpergenseket, demulgátorokat és sztatikus feltöltődés gátló anyagokat adalékoknak a szabványos és széles körben üzemanyag-kutaknál megvásárolható biodízelhez. A biodízel hátrányait a gyakorló biodízel használók időnkénti üzemanyag cserével 4-5 tankolásonként hagyományos gázolajat használva, illetve a szezonálisan használt betakarító-gépeknél az utolsó tankolásnál gázolajat tankolva is lehet mérsékelni (tisztább motor, kisebb korrózió). A biodízel felhasználható a villamos áramot és hőt előállító energiatermelő blokkok (BHKW) üzemeltetésére is. Ebben az esetben meghajtó motorként normál dízelmotor is alkalmazásra kerülhet. Természetesen az észterezett növényi olaj (RME – biodízel) drágább, mint a hidegen préselt kezeletlen növényi olaj, ezért az üzemeltetési költségek is magasabbak lesznek. A biodízel hátránya, hogy az előállítása során melléktermékek is keletkeznek (glicerin, katalizátor maradék stb.), amelyek továbbhasznosítása vagy megsemmisítése gondokat jelenthet, ezért felerősödtek a növényi olajok átalakítására a hidrokrakkolásos eljárások. Ezzel a vegyiparban ismert eljárással magas (55-80) cetánszámú, a kereskedelmi gázolajéhoz hasonló vagy annál jobb paraméterekkel rendelkező biogázolajat lehet előállítani gazdaságosabban, mint észterezéssel és elhanyagolható a keletkezett melléktermékek mennyisége is. Erre irányuló technológiai fejlesztések felerősödőben vannak Európa szerte.

3.8.5. ábra: Biodízel üzem távlati képe Bioetanol motorikus felhasználása A bioetanol (etilalkohol = CH3-CH2-OH) az egyik legrégebben alkalmazott motorhajtóanyag. Tulajdonságai alapján közelebb áll a motorbenzinekhez, mint a dízel üzemanyagokhoz. A bioetanol kedvező szén/hidrogén aránnyal rendelkezik és magas az oxigéntartalma is. Sűrűsége és forráspontja a motorbenzinekre jellemző tartományba esik. A párolgáshője igen magas, a fűtőértéke alacsonyabb az elterjedt motorhajtóanyagokénál. Korlátlanul elegyedik a vízzel, biológiailag lebomlik, ezért környezetbarát üzemanyag. Nagy az oktánszáma és nagy a szenzibilitása is. A legelterjedtebb bio-motorhajtóanyag a világon.

104

A bioetanolt többféle módon lehet felhasználni motorhajtóanyagként: önmagában bio-motorhajtóanyagként (etanolmotorokban) hagyományos motorhajtóanyag bio-keverőkomponenseként

- benzin keverőkomponenseként - gázolaj keverőkomponenseként

adalékként - oxigéntartalom növelő adalékként - oktánszámnövelő adalékként

bioadalékok molekula alkotójaként (ETBE) A bioetanolt a legelterjedtebben Otto motorok hajtóanyagként önmagában vagy benzinhez keverbe, illetve motorbenzinek oktánszám növelő és oxigén forrás adalékaként használják világszerte. A bioetanol mint motorhajtóanyag hátránya, hogy energiatartalma 33 %-kal kisebb, mint a motorbenziné, ezért többet használ fel a motor egységnyi teljesítmény esetén, mint benzinből. A részben vagy egészben bioetanollal történő üzemhez a benzin motorok működését hozzá kell szabályozni. Az etanolnak nagyobb a párolgás hője, kevesebb levegő szükséges az égéséhez, más felépítésű karburátor szükséges az adagolásához, mint a benzinhez. Az újabban szabványosított E 85 B-s (85 %-ban etanolt és 15 %-ban benzint tartalmazó) üzemanyaghoz kifejlesztett flexibilis járműmotorokat (FFV = Flexible Fuel Vehiles) olyan számítógépes vezérléssel látták el, amely pontosan elemzi az üzemanyag összetételét és ehhez állítja be a motor működését. Ezek a (Saab) járműmotorok egyaránt üzemeltethetők benzinnel és E 85-ös üzemanyaggal is. A benzinbe kevert bioetanol növeli a motor hatásfokát, amennyiben a megnövekedett oktánszámú kihasználásához elegendő kompresszió áll rendelkezésre. Az egységnyi energiafelhasználással elért teljesítmény is nagyobb lehet bioetanol esetében, mint benzinnel. A nagyobb energiahatékonyság kisebb motorok alkalmazását teszi lehetővé a járművekben és motorikus berendezésekben.

3.8.6. ábra: Etanol üzemű személygépkocsik

105

3.8.1. táblázat: A bioetanol oktánszám növelő hatása

Komponens Alkohol-tartalom

%

1 Alapbenzin

2 Alapbenzin

KOSZ MOSZ KOSZ MOSZ

Oktánszámok

Bioetanol 100 135 115 130 96

Alapbenzin - 78,5 72,0 90,1 83,5

Benzin-bioetanol elegyek

5 10 15

81,6 83,9 86,7

74,4 76,7 78,7

92,8 94,7 96,5

84,2 84,8 85,3

Forrás: Pannon University ahol: KOSZ = Kísérleti oktánszám MOSZ = Motor oktánszám

A bioetanolt oktánszám növelő adalékként is alkalmazzák. Kísérletekkel igazolt, hogy 90-es oktánszámú alapbenzinhez 5 %-ban adagolt bioetanol 3,1 %-kal, 10 %-ban adagolt pedig 5,2 %-kal növeli az alapbenzin oktánszámát. Gyakorlati tapasztalatok állnak rendelkezésre arra vonatkozóan, hogy a tiszta etanol vagy etanol-benzin keverékéből előállított motorhajtóanyagok esetében nincs szükség 100 %-os (tiszta) etanolra. Elegendő a kisüzemileg is előállítható 95 térfogat % tisztaságú etanol erre a célra, amelynek ugyanolyan kedvező az oktánszám növelő hatása. Ebben az esetben elhanyagolható a bioetanol utolsó víztelenítő lepárlása, amely jelentősen növeli a költségeket. Az autógyártók általában az 5 %-os bioetanol tartalmú benzin (E 5B) használatát preferálják, kivéve az FFV motorokat, ahol a 85 % etanolt tartalmazó E 85B üzemanyag is alkalmazásra kerülhet. A világ több pontján (USA, Brazília, Ausztrália) több éves tapasztalatok azt mutatják, hogy 20 %-ig a motorbenzinbe kevert bioetanol nem okozott a szikragyújtású (Otto) motorokban szerkezeti-, anyag- és üzemeltetési problémát. A tiszta bioetanol üzemhez a szikragyújtású motorokat át kell alakítani. Az átalakítások az alábbiakra terjednek ki: nagyobb kompresszió viszony; más kialakítású dugattyú és égéstér; korrózió mentes üzemanyagtartály és üzemanyag-ellátó rendszer (tápszivattyú,

vezeték); korrózió álló eltérő kialakítású karburátor és speciális szelepek; jó termikus hatásfokú gyujtógyertyák; nagyobb kapacitású akkumulátor, generátor és önindító.

A közvetlen befecskendezésű etanol motorokban nagyobb méretű injektorokkal oldják meg a kedvező levegő etanol keverék képződését. A megfelelő dús keverék képzésére etanollal hajtott motorok hidegindításakor nagy figyelmet kell fordítani. Az ilyen motor kipufogó gázai is kisebb hőmérsékletűek, ezért a katalizátort a motorhoz közelebb kell beépíteni, hogy gyorsabban melegedjen fel ezáltal csökken a CO/CO2 emisszió.

106

A bioetanol és benzin keveréket használó motorok zömében közvetlen befecskendezésű üzemanyag adagolásúak és a jövőben ezek terjedése várható. A közvetlen befecskendezés esetén javul a motorok volumetrikus hatásfoka, növelhető a kompresszió viszony és rétegképzéssel kisebb hajtóanyag-fogyasztást lehet elérni. A bioetanol-benzin keveréket használó motoroknál szintén használhatók a három funkciós katalizátorok a kipufogó gáz tisztításához, de alkalmaznak speciálisan ehhez a keverékhez kialakított NOx csökkentő katalizátorokat is.

3.8.7. ábra: ETBE előállításának folyamat

A motorbenzinek környezetet nagymértékben károsító ólomtartalmának kiváltására már az 1980-as évektől alkalmazzák az MTBE-t (metil-tercier-butil-étert), amelyet izobutilén és metanol katalikus reakciójával állítanak elő vegyipari úton, és jelenleg a legelterjedtebb adalék a benzinek minőségének, illetve motorikus tulajdonságának javítására. Növeli az oktánszámot, javítja a benzin égési tulajdonságait és kipufogógáz összetételét. Az MTBE helyettesíthető a benzinben bio-ETBE-vel (etil-tercier-butil-éterrel), biológiai úton előállított bioetanol és izobutilén katalikus reakciója révén keletkezett adalékkal. Az ETBE benzin adalékként történő alkalmazásának előnyei: környezetbarát megújuló részeket tartalmaz, ETBE-n keresztül több etanolt lehet a motorbenzinbe bekeverni, növeli az oktánszámot, kevésbé mérgező mint az MTBE, csökkenti a CO-emissziót és nem növeli az NOx-kibocsájtást, csökkenthető az ETBE-vel a benzin aromás és olefin tartalma.

Hátrányaként említik: kisebb az energiatartama mint a benziné és az MTBE-é, vízérzékeny anyag, a tárolási stabilitása rosszabb mint az MTBE-é.

107

Az Európai Unióban az ETBE növekvő mértékű felhasználásával kell számolni. A bioetanolnak önálló vagy benzin/etanol keverék formájában történő motorikus felhasználásának előnyeit az alábbiakban lehet összefoglalni: nagy az oktánszáma, oktánszám növelő hatás, kénmentesség, csökkenthető vele a motorbenzinek aromás tartalma – környezetkímélés, magas oxigéntartalom, tökéletesebb égés, nagyobb kompresszióviszony, jobb hatásfok és teljesítmény, teljesítmény és nyomaték növekedés, térfogategységre eső nagyobb energiatartalom, kisebb üzemi hőmérséklet, hosszabb motor élettartam, csökkenti a kipufogó gázban a szénvegyületek emisszióját (CO2 – 65 %; CO-50 %); ózonképző hajlama kisebb a benzinénél. Hátrányok: tiszta bioetanol üzemben nagyobb üzemanyag-fogyasztás, kisebb a tömegére vonatkoztatott fűtőértéke, kisebb kenőképesség, nagyobb korróziós hatás, hidegindítási problémák.

108

3.9. Áramtermelés napelemekkel Családi házak, nyaralók villamos energia ellátására telepített napelemes áramellátó berendezések kialakításuk szerint hálózatra kapcsolt és hálózat független, autonóm üzeműek lehetnek. A hálózatra kapcsolt fotovillamos rendszer a megtermelt villamos energiát egy inverteren keresztül a közüzemi villamos hálózatba táplálja vissza. Ennek a konstrukciónak az előnye, hogy nincs szükség energiatárolásra. Magyarországon jelenleg a megújuló energiaforrásból termelt, hálózatra táplált villamos energia visszavásárlási ára alacsonyabb, mint a hálózatból vásárolt villamos energia ára. Európa több országában éppen fordított az árviszony. Magyarországon így olyan rendszert célszerű kialakítani, ahol a napelemek által termelt villamos áramot az inverter közvetlenül a családi ház villamos hálózatába is be tudja táplálni. Ilyen kialakítású rendszer sémája látható a 3.9.1. ábrán.

3.9.1. ábra Családi ház hálózatra kapcsolt napelemes áramellátó rendszerének kialakítása Napsütéses időszakban a rendszer a házban lévő fogyasztókat ellátja, illetve a fölös villamos energiát mérőórán keresztül a közüzemi villamos hálózatba visszatáplálja. Alacsony napsugárzás intenzitású időszakban és éjszaka a ház a villamos energiát a közüzemi hálózatból kapja. Az inverter a napelemek egyen áramát (DC), a kétfázisú, vagy háromfázisú 230 V / 50 Hz váltóáramú (AC) hálózatba táplálhatóvá alakítja. Az inverterekkel szemben támasztott legfontosabb követelmény, a minél jobb hatásfokú átalakítás. Ez nem csak az átalakítási folyamatot foglalja magába, hanem a napelem mező optimális működtetését is. Az inverternek meg kell találnia a maximális teljesítményű pontont (MPP) és ott kell tudni maradnia bármilyen környezeti feltételek mellett. Ezért az inverterekbe rendszerint beintegrálnak egy úgynevezett maximum teljesítmény pont követőt, angolul: MPP tracker, ami a napelem mezőt a maximális teljesítmény ponton üzemelteti. A jó rendszerhatásfok a hálózati frekvenciának megfelelő hálózati áram fejlesztésével a veszteségek elkerülését jelenti. A teljes harmonikus torzítás minimalizálása nem csak a közüzemi szolgáltató vállalat követelménye, de az a jó rendszerhatásfokhoz szintén szükséges. A napelemek által generált áramnak és feszültségnek az inverter üzemi tartományán belül kell lennie. Ha a napelemek

Napelemek

Családi ház villamos

hálózat Inverter

=

~

0 1 4 5 7 kWh Hálózatba

vissza-táplált

energia

0 3 1 7 5 kWh

Közüzemi

villamos

hálózat

Villamos

energia

fogyasztás

DC AC

109

sorba vannak kapcsolva az egyes elemek feszültségének összege, adja a teljes feszültséget, míg párhuzamos kapcsolásnál az egyes napelemek áramának összege adja a teljes áramot. A fotovillamos rendszer invertereinek bemeneti jellemzői igen egyszerűen definiálhatók. A berendezés a maximális bemeneti teljesítményig egy megadott feszültség tartományon belül (minimális és maximális feszültség) üzemel. Továbbá a maximális bemeneti áram is limitált. A napelemek villamos üzemi tartománya már nem definiálható ugyanezzel a precizitással. A teljesítmény, feszültség és az áram nem csak a napelem modul típusától függ, de néhány telepítési és földrajzi paraméternek és a napelem cella hőmérsékletnek is jelentős hatása van. Az esetek többségében az inverter nem tudja lefedni az összes lehetséges üzemeltetési módot. A napelemek és az inverter megfelelő kombinációjához speciális tervezési szempontok szükségesek. Üzemelő fotovillamos rendszeren végzett mérések statisztikai kiértékelésével információk gyűjthetők az év során a maximális teljesítmény pont üzemi tartományáról. A névleges maximális teljesítmény pont feszültségre normalizálva ez a tartomány 80 és 115 % között határolható be. Ez az üzemi tartomány jól kell, hogy

illeszkedjen + 70 C és -10 C-os cella hőmérsékletre vonatkozó napelem modul jelleggörbékkel.

3.9.2. ábra Napelemek inverterre kapcsolása a: központi inverter, b: füzér inverter, c: modul inverter

Napelem

Központi

inverter Füzér

Napelem

füzér

=

~ + Füzér

- a

=

~

=

~

=

~ Napelem

Füzér

Füzér

Füzér

inverterek Napelem

füzér

b

= ~

= ~ Modul

invertere

k

Napelem

= ~

= ~

c

110

A fotovillamos rendszerek tervezési szempontjai a következőkben foglalhatók össze:

a fotovillamos áramgenerátor napelem modulillesztésből származó hibájának minimalizálása,

az árnyékolás elkerülése,

+ 70 C-on a maximális teljesítmény ponthoz tartozó feszültség nagyobb kell legyen, mint a minimális inverter bemenő feszültség,

-10 C-on a nyitott köri feszültség kisebb kell legyen, mint a maximális inverter bemenő feszültség,

az inverter bemeneti teljesítménye a fotovillamos generátor névleges teljesítményének 80 – 100 % kell legyen,

a maximális teljesítmény ponthoz tartozó feszültség közel kell legyen az inverter névleges feszültségéhez (az inverter többnyire ekkor a maximális hatásfoknál üzemel).

A fotovillamos rendszerek kialakításánál a napelemek és az inverter összekapcsolására több koncepció is alkalmazható. Ezek közül hármat szemléltet a 3.9.2. ábra. A párhuzamosan kapcsolt napelem füzérek egy központi inverterre csatlakoznak. Az inverter a napelem mező néhány száz kW-ig terjedő teljesítményét fogadja. Ez a konstrukció nagyobb méretű, 20 kW-nál nagyobb inverter kimenő teljesítményű rendszereknél alkalmazható. A füzér inverterrek kisméretűek, kimenő teljesítményük 200 W-tól 3 kW-ig terjed. Az inverterre egy füzér sorba kapcsolt moduljai csatlakoznak. A modul inverterek egyetlen modult kapcsolnak a hálózatra. Ez a kialakítás még akkor is jól működik, ha néhány modul árnyékolt, vagy nem pontosan ugyanakkora a teljesítménye, habár az inverter hatásfok a rendszer mérettel csökken. Alacsony hatásfokuk mellett további hátrányuk más inverterekkel összehasonlítva az igen magas fajlagos költségük. A közüzemi villamos hálózattól távol eső családi házak, nyaralók áramellátására hálózat független, autonóm üzemű napelemes berendezések alakíthatók ki. A rendszer vázlata a 3.9.3. ábrán látható.

3.9.3. ábra Családi ház hálózat független napelemes áramellátó rendszerének kialakítása

Hálózat független fotovillamos rendszerben az alacsony napsugárzás intenzitású időszakokban, és éjszaka a villamos energiaellátás csak tárolással valósítható meg. Jelenleg a villamos energiatárolásra leginkább elterjedt módszer az ólomakkumulátor, aminek a fő szempontja a költség. Az autóiparban, széles körben alkalmazzák az ólomakkumulátorokat. Az úgynevezett "szolár-akkumulátorok" az autó akkumulátorokkal összehasonlítva a hosszabb élettartam elérése érdekében kissé módosított felépítésűek. Az ólomlemezek extra

Napelemek

Családi ház

villamos hálózat Inverter

=

~

Töltésvezérlő

Akkumulátor

DC DC

DC

AC

111

vastag kialakításúak. Ilyen típusú akkumulátorokat elsősorban hétvégi házaknál, nyaralóknál létesített rendszerekben alkalmaznak. Az állandó tartózkodási helyül szolgáló családi házaknál telepített napelemes rendszerekben a napi töltési/kisütési ciklusok miatt rendszerint úgynevezett csöves lapos akkumulátorokat alkalmaznak. Ezekben, az akkumulátorokban a lapot henger alakú rudak sorából képzik ki, a rudak közepében levő ólom rudat aktív anyag veszi körül, amit a hengerpaláston porózus védőcső burkol. Az ilyen típusú akkumulátorok a ciklikus igénybevételt jobban viselik, így hosszabb az élettartamuk, de a síklemezes akkumulátorokkal összehasonlítva a gyártásuk sokkal drágább. Az akkumulátor túltöltésének és mélykisütésének megakadályozására az akkumulátor a napelemekhez és a fogyasztókhoz egy töltés vezérlőn keresztül csatlakozik. A jelenleg használt töltésvezérlők nagy része úgynevezett párhuzamos töltésvezérlő, mint ahogy az a 3.9.4. ábrán látható.

3.9.4. ábra Fotovillamos rendszer újratölthető akkumulátorral és párhuzamos töltésvezérlővel

A töltésvezérlő méri az akkumulátor feszültségét és lekapcsolja a fogyasztókat, ha az akkumulátor közel kerül a teljes kisütéshez. Ha az akkumulátor feltöltött állapotba kerül, akkor a töltésvezérlő a napelem mezőt rövidre zárja. Ebben az esetben az akkumulátort a kisütés elkerülésére egy kisütésvédelmi dióda védi. A töltésvezérlőhöz inverter csatlakoztatható, ami a napelem és az akkumulátor által szolgáltatott egyenáramot váltóárammá alakítja.

töltés

vezérlő

kisütés

védelmi

dióda

akkumulát

or

terhelés napelem

112

3.10. Áramtermelés szélerőművekkel A szélerőművek üzemeltetéséből eredően közvetve, vagy közvetlenül számos más energiahordozó állítható elő (3.10.1. ábra), mindezek közül az egyik legjelentősebb a villamos energia előállítása.

3.10.1. ábra A szélerőművek üzemeltetéséből származó energiatermelési lehetőségek

A villamos energia előállítására alkalmazott szélerőművek alapvetően két generátor típussal kerülnek kialakításra. A szélerőművekben alkalmazott generátorok a hagyományos erőművekben alkalmazott generátorokhoz képest jelentősen eltérő alkalmazást jelentenek. Itt ugyanis a forrás oldali mechanikus energia folyamatosan változik, nagysága tág határok között ingadozik. A nagyobb teljesítményű (150kW felett) szélgenerátorok általában háromfázisú áramot állítanak elő 690V feszültségértéken. Ezt a feszültséget a szélerőműben, vagy a szélerőmű mellett elhelyezésre kerülő transzformátor segítségével, a helyi hálózati feszültség függvényében 10-30 kV-ra transzformálják a betápláláshoz. A szélerőművekben alkalmazott generátorok lehetnek szinkron, vagy aszinkron üzeműek, melyeket direkt, vagy indirekt csatlakoztathatunk a helyi villamos hálózatra. Közvetlen kapcsolat abban az esetben hozható létre, amennyiben a szélerőmű a hálózati feszültséggel azonosan szinkronizált háromfázisú feszültséget állít elő. Ebben az

Szélerőmű

Szivattyúk Villamos generátorok

Hidrolízis

Az energia

előállítása

Víztároló Sűrített

levegő tároló Lendkerék Akkumulátor

Hidrogén-

tároló

Az energia

tárolása

Az energia

átalakítása

Olajmotor

Légmotor Vízturbina

Villamos

generátor

MECHANIKUS HAJTÁS VÍZELLÁTÁS FŰTÉS ÁRAM-

SZOLGÁL-

TATÁS

Belsőégésű

motor

Az energia

hasznosítása

3.10.2. ábra

Közvetlen hajtás az Enercon E-70 típusú generátornál (forrás: Enercon GmbH)

113

esetben az előállított feszültség különböző elektronikai egységeken keresztül kerül szinkronizálásra, majd ezt követően táplálják a hálózatba. A szinkron üzemű generátorok, működési elvüknél fogva csak szinkron fordulatszámon tudnak üzemelni. Szélerőművek esetén a változó szélsebességből eredő fordulatszám-ingadozást a pólusszám változtatásával kompenzálják. Ez azt jelenti, hogy nem egy egyszerű, kétpólusú generátort alkalmaznak, hanem a póluspárok számának növelésével érik el azt, hogy alacsony fordulatszámon is megfelelő szinkron feszültség indukálódjon. Szinkron generátor alkalmazása esetén a villamos hálózati csatlakozás közvetett módon történik. A változó számú rotor fordulat hatására indukálódó változó frekvenciájú feszültséget először egyenirányítják, majd egy váltó-egyenirányító segítségével a hálózati feszültségnek megfelelően alakítják. Így mechanikus áttételek alkalmazása nélkül, széles fordulatszám tartományban tudják üzemeltetni a szinkron generátorral szerelt szélerőműveket.

Az aszinkron generátoroknál a szükséges fordulatszám tartását hajtómű alkalmazásával oldják meg. E generátorok alkalmazásának két fő oka: a nagyfokú műszaki megbízhatóság és a kedvező költségarány. Továbbá olyan műszaki tulajdonságok (szlip, túlterhelhetőség), melyek különösen előnyösek a szélerőművekben történő alkalmazásnál. Az aszinkron generátor több nevezetes fordulatszámot

ismerünk: üresjárási-, szinkron- és üzemi fordulatszámot. Míg a szinkron generátorokban csak a szinkron fordulatszámon indukálódik feszültség, addig az aszinkron generátorokban,

ugyanezen a fordulatszámon nem történik ez meg. Ennek oka a generátor működéséből adódik. Ahhoz, hogy az aszinkron generátorban feszültség indukálódjék a szinkron fordulatnál nagyobb fordulatszámot kell produkálni. A szinkron és az üzemi fordulatszám közötti különbség a szlip (mindössze 1%), mely egy előnyös mechanikai tulajdonság, mivel a generátor a nyomaték változását (mely a szélsebesség változásából ered) könnyen tudja követni. Ennek köszönhető, hogy az aszinkron generátorokat (a szinkron generátorokkal ellentétben) szívesebben kapcsolják közvetlenül a villamos hálózatra. Szigetüzemű alkalmazás Szélerőművek szigetüzemű alkalmazásáról akkor beszélünk, amikor a megtermelt energiát egy helyi hálózatba tápláljuk, például egy családi ház, vagy egy üzem energiaigényének kisegítésére. Ebben az esetben az üzemeltetés legnagyobb kihívása, hogy a megtermelt energiát pillanatról-pillanatra illeszteni kell a fogyasztók véletlenszerűen változó igényeihez. Egy szélerőmű a rövid időre szükséges energiatárolást a kinetikus energia növekedése vagy csökkenése útján tudja megvalósítani. Azonban átmenetileg, akár a fogyasztók, akár a szélerőmű teljesítményváltozásának hatására, megváltozhat a generátor szögsebessége,

Generátor

Hajtómű

Rotor

3.10.3. ábra A Vestas V90 típusú szélerőmű meghajtás kialakítása (forrás: Vestas Wind Systems A/S)

114

illetve frekvenciája. A fogyasztók viszont joggal várják el, hogy az erőmű mind a frekvenciát, mind a feszültséget állandó értéken tartsa. Ezt úgy oldják meg, hogy a szabályozás segítségével megváltoztatják a generátor teljesítményét, úgy hogy állandósult állapotban a generátor teljesítménye azonos legyen az úgynevezett tranziens teljesítménnyel. E mellett a meddő teljesítményeknek is egyensúlyban kell lenniük. Azonban fontos kérdés, hogy ez az egyensúly milyen feszültségértéknél jöhet létre. Ezt a második szabályozási feladatot általában egy második, feszültségszabályozó hurok valósítja meg. Erre a célra különösen jól megfelel egy feszültségszabályozott szinkron generátor. Aszinkron generátor esetében a szabályozott meddő energiaforrásra is szükség van, hogy a feszültséget állandó értéken lehessen tartani. Előfordulhat, hogy a szélből az erőmű által kinyerhető teljesítmény meghaladja az ellátott fogyasztók együttes pillanatnyi igényét. Ekkor a frekvenciát a generátor fordulatszám szabályozójával, a feszültséget pedig a generátor gerjesztésével lehet a kívánt értékre beállítani. Szinkron generátor esetén a feszültség és a frekvencia egymástól kölcsönösen függő változók, amelyeket célszerű két – többé-kevésbé függetlenített – szabályozókörrel beállítani A kontinentális viszonyok között üzemelő szélerőműveknél az egyik alkalmazott szabályozási mód a lapátszög-szabályozás. Segítségével a rotor szögsebessége közel állandó értéken tartható. A fő szabályozási kör a generátor kimenő teljesítményére épül. A szabályozás lényege, hogy a teljesítmény-szabályozó kimenő jelét korlátozza a fordulatszám-szabályozó, amelyik a kívánt értéken tartja a szögsebességet. A lapátszög-szabályozás alárendelt sebesség-szabályozással rendelkezik, amely így megfelelő stabilitást kölcsönöz az egész körnek. Aszinkron generátorok esetében feszültség-szabályozó kondenzátortelepek ki- és bekapcsolásával tartják a fogyasztó oldali feszültséget egy tolerancia-sávon belül. A gyakorlatban 2 – 12 lépcsőben valósítják meg az átkapcsolást. Ha a fogyasztók pillanatnyi teljesítménye meghaladja a szélből kivehető maximális teljesítményt, akkor a működés a következő intézkedések valamelyikével tartható fenn:

- a fogyasztók egy részének kikapcsolása, - járulékos energiaforrás bekapcsolása.

Szélerőművek telepítése

A szélerőműveket egyedileg, vagy csoportosan telepítik. Az egyedi telepítés egyik változata az előzőekben ismertetett szigetüzemű alkalmazás. A szélenergia hasznosításában gazdasági előnyt jelent, ha az erőműveket csoportosan telepítik. Így viszonylag kis helyen erőműhálózat hozható létre, amely a fajlagos beruházási és üzemeltetési költségeket jelentősen csökkenti, a szélből nyert villamos energia piaci versenyképességét növeli. A szélfarmokkal kapcsolatban meglehetősen sok tapasztalat gyűlt már össze elsősorban az Egyesült Államokban (Kalifornia) és Nyugat Európában (Dánia, Anglia, Ausztria, Németország) létesített erőműhálózatok révén. Az erőműtelepeket a jó széljárású, tengerparti vidékeken és szeles fennsíkokon kezdték el telepíteni, ahol általában a

3.10.5. ábra Szélerőművek vonalas telepítése

115

lakosság gyér, a gépek telepítésére szinte korlátlanul áll rendelkezésre hely. Más a helyzet kontinentális viszonyok között, például Európa „belsejében”. A viszonylagos helyszűke miatt a csoportos telepítés helyszíneinek kiválasztása nagy körültekintést igényel. A csoportos telepítés egyik alapvető kérdése a berendezések elhelyezésének maghatározása úgy, hogy az erőművek ne zavarják egymás működését. A telepítési rend maghatározásához tudnunk kell, hogy hogyan alakulnak az áramlási viszonyok az erőmű után. Csoportos telepítésnél a telepítési rendet nagyon sok tényező befolyásolja (domborzat, uralkodó szélirány(ok), természetes ill. épített objektumok stb.) melyek közül az egyik legfontosabb a hatásukra, valamint a szélerőmű, mint áramlást módosító akadály hatására kialakuló áramlási viszonyok. Szélerőgépek telepítési rendje alapvetően kétféle lehet: vonalas (3.10.5. ábra) vagy térhálós (3.10.6. ábra). Vonalas telepítés akkor előnyös, ha van igen határozott uralkodó szélirány (pl. tengerpartokon, hegygerinceken). Ebben az esetben a gépeket sűrűn egymás mellé telepíthetők ezzel is csökkentve a kiszolgáló infrastruktúra (utak, elektromos hálózat) fajlagos költségeit. Általános kontinentális viszonyok között a térhálós elrendezés a jellemző. Így könnyebben hasznosítható a kettő, vagy több fő irányból érkező szél energiája. Jellemző műszaki adatok a jelenleg létesített kontinentális erőműveknél Generátorteljesítmény: Pe ≈ 2000,0 kW Oszlopmagasság: H ≈ 100 - 120 m Rotorátmérő: D ≈ 80 - 90 m Nagymértékben befolyásolja a termelt villamos energia mennyiségét az alkalmazott erőmű hatásfoka, mely egyrészt villamos hatásfok, másrészt pedig mechanikai hatásfok. E két értéket az erőműgyártók, adott konstrukciójú berendezéshez, a szélsebesség függvényében külön-külön megadják.

Az oszlop három féle lehet: - kónuszos acél cső - előfeszített vasbeton héj - acél rácsos tartószerkezet

3.10.6. ábra Térhálós telepítésű szélerőművek

(forrás: AWP GmbH. Eisenstadt AT)

116

4. MINTÁK A MŰSZAKI ÉS TECHNOLÓGIAI MEGOLDÁSOKRA 4.1. Családi ház hőellátása faaprítékkal (25-30 kW) A központi fűtésrendszerben működő kialakítás nagy komfortfokozattal rendelkezik a magas műszaki és automatizálási megoldásoknak köszönhetően. A tüzelőanyag energetikai jellemzői azonban kiemelten fontosak. A faapríték esetében a nedvességtartalom akár 20 – 50 % között szóródhat, amely megnehezíti az üzemeltetést. Természetesen a megfelelően előkészített, olykor csak egyszerűen fedett helyen tárolt, netán szárított apríték megfelelő minőséget ad. A második jellemző az apríték méreteloszlása, amely az adagolás, elsősorban a csigás adagolás esetén fontos, ugyanis a nagy méretű apríték beszorulhat, amely akár töréshez is vezethet. A megnyugtató és kényelmes üzemeltetés csak abban az esetben biztosítható, ha megoldott és megfelelő logisztikai háttérrel rendelkezik a tüzelőanyag ellátás. Ez természetesen érvényes a pellettüzelésre is. Jelenleg Magyarországon ez a logisztikai rendszer még nem alakult ki, így a technológia sem terjedt, terjedhet el jelentős mértékben a lakossági alkalmazásban. A technológia talán másik akadálya a nagy technológiai helyszükséglet, a megfelelő tüzelőanyag tárolás és adagolás miatt. A 4.1.1. ábra bemutatja az apríték tüzelés tüzelőanyag tárolási és adagolási lehetőségeit.

4.1.1. ábra: Tüzelőanyag tárolási és adagolási lehetőségei

117

4.2. Családi ház hőellátása fapellettel (40-50 kW) A fapellettel történő tüzelés nagyon sok technológiai megoldásban hasonlít az apríték tüzelési rendszerhez. Szükséges központi fűtésrendszer kiépítése, megfelelően méretezett tüzelőanyag tároló és nem utolsó sorban a tüzelőanyag szállítás teljes logisztikája. A pellet minőségi jellemzői az alacsony nedvességtartalom, magas fűtőérték, nagy tömörség, jó szilárdsági jellemzők. Ezek alapján lehetőség nyílik a kis kiszerelésű zsákos tüzelőanyag kereskedelmi forgalomba történő értékesítésére, illetve beszerzésére, kisteljesítményű pellettüzelőkben történő felhasználásra. (4.2.1. ábra) Természetesen ez nem ad teljes megoldást egy folyamatos üzemeltetésű családi ház fűtés esetén, azonban időszakos üzemű tüzelés esetén a tüzelőanyag biztosítása egyszerűen megoldható.

4.2.1. ábra: Kis teljesítményű pelletkazán feltöltése

A 4.2.2. ábra bemutatja egy családi ház pellettüzelő rendszerét. Az 1-es jelölés a hőtároló tartályt mutatja, amely a lakás hőigényéhez van méretezve. A 2-es jelű berendezés a kazán, melyről a későbbiekben részletesebben szólok. 3-as jellel az automata csigás adagoló rendszer van jelölve, melyet szükséges tűzbiztonsági egységgel ellátni az esetleges visszaégés elkerülése érdekében. Fejlett logisztikai tüzelőanyag háttértámogatás esetén az épületen kialakíthatunk fogadó helyeket, (4-es jelölés) melyen keresztül a tartálykocsi automatikusan tudja bejuttatni a pelletet. 5-ös jelöléssel a tüzelőanyagot jelöltük.

4.2.2. ábra: Háztartási pellettüzelő rendszer

118

A pellettüzelő kazánok kialakítására a 4.2.3. ábra mutat példákat. Ezek alapján megkülönböztetünk ráejtős és alátolós csigás rendszerű kazánokat, de léteznek speciális kialakítású pelletégők, melyeket vegyestüzelésű kazánokhoz illesztve alkalmaznak.

4.2.3. ábra: Pellettüzelő kazánok konstrukciós lehetőségei

119

4.3. Családi ház hőellátása fapellet tüzelésű kazánnal és napkollektorral kombinált rendszerrel A családi ház használati melegvízellátása, a nagyobb napsugárzás intenzitású nyári időszakban, döntően a napkollektoros rendszerrel megoldható. Az alacsonyabb napsugárzás intenzitású időszakban, ősztől tavaszig, pedig a családi ház hőenergia szükségletének ellátására kialakítható egy kombinált rendszer, amelyben a napkollektoros rendszer pellet tüzelésű kazánnal társítható. Napkollektorral és pellet tüzelésű kazánnal kialakított kombinált rendszert szemléltet az 4.3.1. ábra. A kollektor kör a napkollektor és a melegvíztároló aljában beépített hőcserélő között van kialakítva. Ha a napkollektor T1-el jelölt kilépő hőmérséklete, a tároló alsó szekciójában mért T2 hőmérsékletet, a napkollektoros rendszer szabályozójában beállított értékkel meghaladja, akkor a szabályozó bekapcsolja az Sz1-el jelölt szivattyút. A szivattyú a kollektorban felmelegített hőszállító közeget a melegvíztároló aljában beépített hőcserélőbe áramoltatja, majd ott lehűlve az mindaddig visszaáramlik a kollektorba, amíg a kollektor és a tároló között mért hőmérséklet különbség a szabályozóban beállított érték alá nem csökken. Az alacsonyabb napsugárzás intenzitású időszakban, amikor a kollektor már csak részlegesen, vagy egyáltalán nem tudja felfűteni a használati melegvizet az elvárt hőmérsékletre (TM), akkor a fűtés szabályozó működésbe hozza a pellet kazán használati melegvíz utánfűtő körét. Ekkor az Sz2 jelű kazánköri szivattyú a pellet kazánból kilépő fűtővizet az FH jelű háromjáratú szelepen keresztül a melegvíztároló felső részébe beépített hőcserélőn keresztül áramoltatja, így felmelegítve a tároló felső részében lévő használati melegvizet. A használati melegvíz elvétel a tároló felső részéből történik, a HMV jelű keverő

szelepen keresztül. Ha a tároló felső szekciójának hőmérséklete (TM) például 95 C-ra van

beállítva, akkor a 60 C fölötti hőmérsékletek, és a forrázás védelem miatt a használati melegvíz körbe be kell építeni egy keverőszelepet. A rendszerhez az 4.3.1. ábrán látható módon fűtési körök is csatlakoztathatók. Az egyes fűtési körök saját keringető szivattyúval, keverő szeleppel és hőmérsékletérzékelővel alakíthatók ki, amelyek a fűtésszabályozóhoz kapcsolódnak. Ezzel a kialakítással az egyes fűtési körök külön szabályozhatók. A vázolt példa egy alacsonyhőmérsékletű padló, vagy falfűtési kört és egy magasabb hőmérsékletű radiátoros fűtési kört szemléltet. A pellet tüzelésű kazántól az előremenő fűtővíz az FH jelű háromjáratú szelepen keresztül jut a fűtőkörökhöz. A bemutatott kombinált rendszer alapján megállapítható, hogy a napkollektoros rendszer probléma nélkül társítható pellet tüzelésű kazánnal. A kombinált rendszer szabályozási feladatai mikroprocesszoros szabályozókkal megoldhatók.

120

4.3

.1.

ábra

Csa

lád

i ház

hő

ellá

tása

fap

elle

t tü

zelé

sű k

azán

nal

és

nap

kolle

kto

rral

ko

mb

inál

t re

nd

szer

rel

121

4.4. Közösségi épületek hőellátása faaprítékkal fűtött fűtőműből (300-600 kW) Esettanulmányon keresztül mutatjuk be egy, a közelmúltban megvalósult falufűtőmű beruházást és annak technológiai rendszerét. Egy 400 fős község céltudatos és aktív városvezetése 2003-ban tűzte zászlójára a falu életszínvonalának emelésének érdekében, hogy osztrák mintára létrehoznak egy fatüzelésű távfűtő művet. A projekt pénzügyi sikerének alapjául Európai Uniós, kormányzati, regionális és ausztriai vissza nem térítendő támogatások és hitelintézetek együttesen szolgáltak. A beruházást megelőző állapot A község közületi hő ellátásának rendszere korábban szénnel és fával történt. Ennek mennyisége éves szinten kb. 73 t/év. A használati melegvíz ellátása villamos energiából történt, míg a lakossági tüzelőberendezések alapvetően fa és szén alapúak, központi vagy egyedi kialakításban működtek. Ezen felül még néhány, a községben működő vállalkozás energia igénye adódik. Ennek eredményeképpen a szakemberek számítások alapján a következő teljesítmény- és hőigényt határozták meg:

4.4.1. táblázat: Teljesítmény- és hőigények

Fűtési telj.igény

kW

Éves fűtési

hőigény GJ

Éves haszn.

Melegvíz igény

GJ

Jelenlegi energiahordozó-felhasználás (GJ/év)

szén fa vill. energia

egyéb (PB)

összesen

Intézmények 135 729 88 686 410 310 - 1406

Lakosság (104 db

háztartás)

1120 6402 894 6551 2464 1006 210 10231

Vállalkozások 121 760 20 50 378 16 - 444

összesen 1376 8378 1002 7287 3252 1332 210 12081

A teljesítmény igény ismeretében a technológiai paraméterek:

Maximális kiadott hőteljesítmény 1510 kW Jellemző nyári teljesítmény igény 56 kW Éves fűtőműi hőkiadás 11295 GJ/év Fűtési időszakon kívüli fűtőműi hőkiadás 650 GJ/év

A tervezett tüzelőanyag 25-30 %-os nedvességtartalmú apríték volt, 11,7 MJ/kg fűtőértékkel számolva, továbbá figyelembe véve a tüzelőberendezés hatásfokát 12096 GJ/év bevivendő energiával számoltak a tervezők. Ennek biztosítására elkészítették a helyi és a környéken fellelhető és felhasználható tüzelőanyag szortimentet. A tüzelőberendezés kiszolgálására a 400 m2-es tárolószínben egy 120 m2-es napitárolót alakítottak ki, amely 2 darab hidraulikus éklétrával szerelt, s amely csatlakozik a kazánetető keresztszállítóhoz. A tüzelőberendezés 2x600 kW-os bolygatott lépcsőrostélyos kialakítású, amely falazott tűztérben helyezkedik el. A tüzelőberendezés fontos része a primer- és

122

szekunder levegő hozzávezetés, a füstgáz visszavezetés, amely biztosítja az alacsony emissziós értékeket. A szilárd emisszió csökkentésére multiciklont alkalmaznak, amely a füstgázból leválasztja a pernyét. A hamu kitárolása zárt rendszerben történik konténerekbe. A fűtőmű rendszerfelügyeletét teljes automatika végzi, a szükséges beavatkozások esetén riasztással értesíti a kezelőt. A rendszer hőtávvezetéki hálózatának nyomvonalhossza 2200 fm, míg a bekötővezetékek további 1500 fm. A fogyasztók csatlakoztatásának egyik alapelve az volt, hogy a meglévő központi fűtés és használati melegvíz rendszereket ne kelljen megváltoztatni, ezért indirekt rendszerben csatlakozó szekrényeket telepítettek a lakóházakhoz. A szekrények tartalmazzák a hőcserélőt, a hőmennyiségmérőt, a használati melegvíz keringető szivattyúját, a szabályozó és jeladó szerelvényeket.

4.4.1. ábra Falufűtőmű és a telepített tüzelőberendezés

123

4.5. Közösségi épületek hőellátása gabonatüzelésű kazánnal (80-100 kW) Magyarországon a gabonatüzelésnek erkölcsi akadálya, gátlótényezői vannak. A technológiai megoldások léteznek, Európában számos alkalmazást találunk. A lágyszárúak és szemestermények égetése speciális kialakítású tűzteret igényel, azonban a rendszer kialakításában nem tér el a központi rendszerű biomassza tüzeléstől.

4.51. ábra: Gabona tüzelőberendezés metszete Egy svédországi példán keresztül bemutatunk egy 110 kW-os teljesítményű telepített gabonatüzelő egységet. A példa érdekessége, hogy egy kis községben energetikai és gazdaságossági alapon meghatározták a rendszer telepítésének helyét, majd némi tereprendezést követően faszerkezetes kazánházat építettek fel. A kazánház nem rendelkezik tüzelőanyag tárolóval, hanem ütemezett szállítással, csere konténeres megoldással viszik a tüzelőanyagot a helyszínre. A konténertér kialakítása úgy történt, hogy a tüzelőanyag ürítése egy csigás vályúra történik, amely biztosítja a folyamatos tüzelőanyag adagolást a kazán felé. A kazánba történő adagolást cellás adagolóval végzik, amellyel jól szabályozható a tüzelőanyag mennyisége. A kazán kialakítása mozgórostélyos, hűtött tűzteres rendszerű, melyhez porleválasztó ciklont kapcsoltak. A lágyszárúak és a gabonák tüzelése esetén számolni kell a magasabb hamutartalommal és biztosítani a megfelelő elvezetést és tárolást. Ebben az esetben ezt egy konténeres rendszerrel oldották meg, melyet az épület mellett helyeztek el.

124

4.5.2. ábra: Telepített gabonatüzelő kazánház, konténeres tüzelőanyag tárolóval

125

4.6. Hő- és kapcsolt áramtermelés növényi olajjal üzemelő kisebb energia-termelő (BHKW) egységekben A növényi olajjal üzemelő kisebb energia-előállító blokkegységeket (BHKW-kat) elsősorban családi házak és farmépületek energiaellátására alkalmazzák. Kiválasztásuknál a legfőbb szempont a családi ház vagy farm hő- és villamos energia szükséglete, és természetesen saját forrásból, illetve elérhető beszerzésből álljon rendelkezésre olajos mag vagy hidegen préselt, szűrt növényi olaj. A növényi olaj üzemeltetésű energia-előállító blokkokra ott célszerű teljes egészében energia ellátást alapozni, ahol kiegészítő energiaforrás nem áll rendelkezésre (tanyákon, távol eső farmokon, turista létesítményekben, vendéglátóhelyeken, stb.) ebben az esetben az energiaellátást az energiacsúcsokra kell tervezni és méretezni, hogy a szükséges hő- és villamos energia mindenkor rendelkezésre álljon. Ott ahol kiegészítő vagy helyettesítő energiaforrások (hálózati villamos áram, földgáz, fatüzelés) is elérhetőek, ott az átlagos energiaigényre célszerű méretezni a növényi olaj üzemű energiatermelő blokkot, és az energiacsúcsok esetén a kiegészítő energiaforrásokat célszerű igénybe venni. Ebben az esetben a vegyes üzem nyújtja a gazdaságosabb megoldást.

4.6.1. ábra: Növényi olajüzemű energiatermelő blokkegység nagyobb

méretű családi házakhoz

A növényi olaj üzemű energiatermelő blokkok kombinálhatók, kiegészítő, biomassza fűtéssel is. Főleg téli időszakokban, amikor nagy a fűtés hőigénye a biomassza kazán szolgáltatja a hőenergia nagyobbik részét és a generátoros egység állítja elő a villamos energiát. A tiszta növényi olajjal üzemelő energiatermelő blokkegységeket rezgéscsillapítással és zajszigeteléssel is el kell látni, hogy minimális legyen a környezeti terhelésük. Éppen ezért legelterjedtebben konténerbe telepítetten zárt egységként kínálják azokat. A kiválasztásnál tekintettel kell lenni a károsanyag emissziós határértékekre. Családi házak energiaellátására alkalmas 8/15 kW villamos/hő teljesítményű növényi olajjal üzemelő energiablokk beruházási költsége 15.000 – 20.000 euró között alakul, a

126

körülményektől függően. Az éves üzemeltetési költsége 12.000 – 14.000 eurót tesz ki. Évente 18.000 – 20.000 liter olajat használ fel. Ezeket a berendezéseket úgy gyártják, hogy teljesen automatikus az üzemük és minimális a karbantartási igényük is. Általában 800-1000 üzemóránként szükséges a szervizt igénybe venni. A növényi olajjal üzemelő energiatermelő blokkok gazdaságos, üzemeltetéséhez minimum 5000-7000 üzemóra éves kihasználás szükséges.

4.6.2. ábra: Családi ház kiszolgálására alkalmas növényi olaj üzemű BHKV

A motoros energiatermelő blokkegységek kínálata folyamatosan bővül és az áruk is egyre kedvezőbben alakul. Több motorgyártó is folyamatosan kínálja új fejlesztésű termékeit a piacon (MAN, DEUTZ, KUBOTA, SCANIA, IVECO, sb.). Az előkamrás és örvénykamrás motorok mellett megjelentek a legkorszerűbb technikai elemeket hordozó Common-Rail közös nyomócsöves, elektronikus befecskendező rendszerrel szerelt motorok is a BHKW-kben. Csak Ausztriában és Németországban mintegy ezer növényi olajos BHKW berendezés üzemel családi házaknál és kisebb fűtőművekben, közösségi épületekben. Nagyobb energiaigényre 30-40 kW villamos és 50-70 kW hőenergiát előállító egységeket alkalmaznak, amely képesek vendéglátó létesítmények kisebb házcsoportok energiaellátását biztosítani. Az ismert legnagyobb tiszta növényi olajjal üzemelő energiatermelő üzem, - bioerőmű - villamos teljesítménye meghaladja a 2,6 MW-ot, amely a termelt hőmennyiséget lakóházak hőellátására értékesíti távfűtés formájában (Treffurt). Az energiatermelő blokkegységek üzemanyaga ebben az esetben a hidegen préselt tisztított növényi olaj, amelyet főleg repcéből, ritkábban napraforgóból állítanak elő. A hidegen présel növényi olaj előállítható saját termésből is, saját présekkel és tisztító berendezésekkel, vagy beszerezhető erre specializálódott olajhűtőkből is. Ebben az esetben a növényi olajnak meg kell felelni a DIN 51605 előszabványnak. Saját növényi olaj előállítás esetén a szükséges olajmennyiség háromszorosának megfelelő olajosmag mennyiségről kell gondoskodni. A préselésből visszamaradt olajpogácsát, vagy darát is célszerű hasznosítani takarmányként,

127

vagy ha erre nincs mód, energetikai (tüzelési) célra. A választott megoldások jelentősen befolyásolhatják az energiatermelés gazdaságosságát.

4.6.3. ábra: Növényi olajjal üzemelő erőmű

128

4.7. Hidegen préselt növényi olaj motorikus használata járművekben és mezőgazdasági erőgépekben A növényi olajok alapanyagát az olajos magvakat a mezőgazdaság állíja elő, ennek okán is a hidegen préselt szűrt növényi olajok motorikus felhasználása a mezőgazdaságban a legelterjedtebb, különösen Németországban és Ausztriában. Több tízezer mezőgazdasági erőgépet üzemeltetnek saját előállítású növényi olajjal a gazdák, gépköri szervezetek (MR, GbR) bérvállalkozók. A saját előállítású növényi olajjal 30-40 % üzemanyagköltséget is megtakaríthatnak a dízelüzemanyag kúti árához képest. Mindenekelőtt ez motiválja a gazdálkodókat a növényi olaj üzemre történő áttérésre. Átlagos körülmények között 1 hektár repce terméséből kinyert növényi olajjal 16-24 hektár terület gépi munkájának az energiaigénye fedezhető, mellette még közel 2 tonna repcedara (préselvény) takarmányként vagy további energetikai (tüzelési, biogáz szubsztrát dúsítási) célra hasznosítható. Egy 50-60 hektáros gazdaság 2,5-3,0 hektár repce területen megtermelheti az üzemanyag-szükségletét. A költségmegtakarításon túl a gazdák önellátóvá tehetik magukat a motorhajtóanyag felhasználás területén, és nem elhanyagolhatók a környezeti előnyök sem, mivel az NOx (nitrogénoxidok) kivételével valamennyi emissziós értéknél jelentős megtakarítások érhetők el, csökkenve ezáltal az üvegházhatás okozta kedvezőtlen éghajlatváltozásokat. Egy liter növényi olaj motorikus felhasználásával 2,2 kg CO2 levegőbe kerülése csökkenthető. Egy hektáron megtermelt növényi olajjal 2,9 tonna/ha CO2 kibocsájtás takarítható meg. Mivel a gazdák érdeklődése a növényi olaj üzemanyag iránt fokozódó, egyre több ipari vállalkozás kínál komplex megoldást a mezőgazdasági erőgépek és egyéb motorikus járművek, tehergépkocsik (LkW), személygépkocsik (PkW) növényi olajjal történő üzemeltetésére. A gazdaságossági és a környezeti előnyök miatt nem csak mezőgazdasági termelést folytató gazdák, hanem szállítmányozó cégek, autóbusz üzemeltetők, vasúti társaságok és hajókat üzemeltető társaságok is használják a növényi olajat motorhajtóanyagként. A gazdaságok saját maguk is kiépíthetik az erőgépparkjuknak és a földterületüknek, azaz az éves üzemanyag-szükségletnek megfelelő kapacitású növényi olaj préselő, szűrő, ülepítő kapacitásukat, de gazdaságosabb, ha azt összefogásban a gazdaközösségek, gépkörök (MR, GbR) közösen oldják meg, mert így a beruházási költségek fajlagosan jobban eloszlanak a berendezések nagyobb kihasználása folytán. Ez azt jelenti, hogy az olajos mag (repce) tárolásáról minden gazda maga gondoskodik, a feldolgozást közös üzemben végzik és a fő-, illetve melléktermék ismét a gazdákhoz kerül vissza. Növényi olaj motorikus alkalmazásának technológia folyamata, több lépésből áll. Az olajos mag tárolása A repcét és a napraforgót betakarítás után tisztítani és szükség szerint szárítani kell és az csak egyensúlyi (5-7 %-os) nedvességtartalommal tárolható be torony vagy csarnok tárolókba. A tárolt mag időnkénti átszellőztetéséről, vagy átforgatásáról szintén gondoskodni kell. A tárolóból a feldolgozás helyére többnyire csigás szállítóberendezéseken célszerű eljuttatni a naponta/hetente feldolgozásra kerülő magmennyiséget. Kisebb berendezések esetén az egy térben összekapcsoltan is működik.

129

Az olajos mag préselése

4.7.1. ábra: Kisüzemi olajosmag préselési technológia

A naponta feldolgozandó olajos mag mennyiség, illetve motorhajtóanyagként elhasználásra kerülő olaj mennyiség alapján kell megválasztani a préselési kapacitást, azaz az olajprések méretét, ill. számát. A legkisebb teljesítményű prések (zömében csigaprések) 10-15 kg repce feldolgozására képesek óránként, melyek így 3-5 liter olajat préselnek ki egy óra alatt. Ikresítve, illetve csoportos kiépítésben ennek kétszerese, illetve többszöröse préselhető ki a kisebb teljesítményű présekkel is. Ezek előnye a jobb préselési hatásfok és alacsonyabb energiafelhasználás. A nagyobb teljesítményű présekkel akár 50-60 vagy 120-160 kg repce is feldolgozható óránként, amelyek 20-50 liter olajat is produkálnak ezen idő alatt. A prések egy része fűthető présfejjel rendelkezik, amely az olajkinyerés hatásfokát növelheti, azonban 40-50 oC-nál nem nagyobb a hőmérséklet, mert az olajban található zsírsavak károsodhatnak. A prések megválasztásánál a szükséges kapacitást (alapul véve az akár 24 órás üzemet is), az olajkinyerés hatásfokát és az energiafelhasználást célszerű mérlegelni. Különféle olajosmagvak (repce, napraforgó) eltérő préselési tulajdonságait figyelembe véve frekvencia váltóval felszerelt változtatható fordulatszámú préseket célszerű előnyben részesíteni. A csigás présekkel végzett hideg sajtolással az olajos magvakban található olajnak 78-80 %-át lehet kinyerni.

130

4.7.2. ábra: Automatikus adagolású növényi olajprés kisüzemi használatra

Az olaj ülepítése, tisztítása A kipréselt üledékes növényi olajat, amely 2-10 % szennyeződést tartalmazhat nagyobb térfogatú tartályba gyűjtve több napon keresztül hagyni kell ülepedni. Ezalatt a szediment tartalom a tartály aljára gyűlik össze. Az ülepítési eljárásra a legmegbízhatóbb megoldás a „Weihenstephan” módszer, amikor több ülepítő tartály sorba kapcsolásával és biztonsági szűrő beépítésével végzik a szediment tartalom kiválasztását. A leülepedett növényi olajat szűrni kell. Ere a célra a finom lapszűrőket, a gyertya szűrőket vagy a centrifugákat (dekantereket) alkalmazzák a feldolgozásra kerülő olajmennyiség függvényében. A szűrt tisztított olajnak meg kell felelni a DIN 51605 előszabvány követelményeknek, hogy motorikus felhasználásra kerülhessen. Az olaj tárolása A kipréselt növényi olajat nem célszerű hosszú ideig tárolni, mert megindulnak benne az oxidációs folyamatok, amelyek rontják a minőségét. Ez a kedvezőtlen folyamat annál erősebb, minél nagyobb az olajban a telítetlen zsírsavak aránya. Feldúsulnak a nehezen oldható vegyületek, amelyek idő előtt eltömíthetik a hajtóanyagszűrőket. Kerülni kell a szabadvíz bekerülését is az olajba, mert a nagyobb víztartalom fokozhatja az olaj mikrobiológiai aktivitását és ezáltal romlik az olaj minősége, mindezeken túl a motorok üzemanyag befecskendező rendszerét is károsíthatja. Célszerű tehát mindig a tisztuláshoz szükséges ülepítési idő és a tényleges felhasználás figyelembevételével meghatározni a kipréselt olaj mennyiséget.

131

A kedvezőtlen folyamatok mérsékléséhez a növényi olajat hűvös, sötét helyen szükséges tárolni. Napsugárzástól védetten oxigén és víz kizárásával kell az olajat raktározni. A tároló tartályokat nem szerencsés a szabadban elhelyezni, csak akkor, ha azok szigeteltek. Meg kell akadályozni, hogy a tartályokban – különösen a téli időszakban – a növényi olaj besűrűsödjön, de az olajat a tartályban melegíteni nem szabad. A besűrűsödés megakadályozására különféle adalékok szerezhetők be a piacon, amelyek a növényi olaj, égési tulajdonságait is javítják. A tároló tartályok készülhetnek műanyagból, vagy acélból. Mindenféleképpen rendelkezzenek nagyméretű tisztító nyílással. A műanyagtartályok általában 5 m3-ig vehetők számításba, ennél nagyobb mennyiség tárolásához acéltartályt célszerű választani. A tartályok alá cseppfogó álcát szükséges elhelyezni. Az olajkivételi helyet úgy kell kialakítani a tartályban, hogy az a leülepedési szint fölött helyezkedjen el. Az olaj átölése gravitációsan vagy szivattyúval történhet szűrők közbeiktatásával. A csővezetékek krómozott, vagy rozsdamentes acélból esetleg alumíniumból, a rugalmas csővezetékek pedig műanyagból készülhetnek. Amennyiben több járművet kell a tartályból kiszolgálni célszerű átfolyásmérővel felszerelt töltő pisztolyt, vagy egyszerűbb kútfejet telepíteni a tartályra. Az olajos mag préseléséből visszamaradt dara és pogácsa is a benne lévő olajtartalom miatt oxidációra (avasodásra) hajlamos ezért fénytől elzárva sötét helyen kell tárolni és a legrövidebb időn belül fel kell használni, ha takarmányként kívánják hasznosítani. Az előző fejezetben tárgyalt energiatermelő blokkegységek (BHKW-k) esetén is a növényi olaj motorhajtóanyagra vonatkozó előállítási és tárolási követelmények azonosak ebben a fejezetben leírtakkal.

4.7.3. ábra: Növényi olaj töltő kútfej

A hidegen préselt növényi olaj felhasználása motorokban

132

Szakszerű átalakítás után a legtöbb dízelmotorban a hidegen préselt növényi olaj hajtóanyagként felhasználható. Fontos, hogy az átalakítást erre szakosodott vállalkozás végezze, amely garanciát vállal a motor működésére és élettartamára is. Várhatóan rövid időn belül a motorgyártók és megjelennek a piacon gyárilag kialakított növényolaj üzemre alkalmas motorkonstrukciókkal, így nem lesz szükség az utólagos átalakításokra. Ilyen motorikus átalakításokra szakosodott cégek a VWP, a Haussman, Gruber KG, LNAG Lüchow, IGL-Landtechnik, Stangl-Landtechnik, Elsbett Technológie, amelyek mezőgazdasági erőgépek, tehergépkocsik és személygépkocsik motorjainak átalakítását vállalják. A motorok, ill. a járművek átalakítására a 3.8 fejezetben ismertetett drágább egytankos, vagy a valamivel olcsóbb kéttankos módszer valamelyikét alkalmazzák a cégek. Mindkét megoldásnál szükség van külön tápszivattyúra, fűthető vagy hőcserélős növényolaj előmelegítő beépítésére, külön szűrőre és váltó, ill. vezérlő szelepekre. Ki kell cserélni a motorok üzemanyag porlasztóit is. Az erőgépeknél és a tehergépkocsiknál, vasúti mozdonyoknál általában a kéttankos megoldás terjedt el leginkább, mivel ott több hely áll rendelkezésre a többletszerelvények elhelyezésére. Az egytankos megoldás a személygépkocsiknál gyakoribb. Több ezer jármű üzemel már Európában növényi olajjal. Az átalakítás költsége a motor konstrukciójától és a teljesítményétől függ elsősorban. Traktoroknál 150 kW-ig 3500-3600 euróba, a felett 3800-5200 euróba kerül az átalakítás darabonként, amelyből 800-1200 euró a munkadíj a többit a szerelvények ára teszi ki. Az átalakítás során természetesen nem változhat meg a motor környezetvédelmi (emissziós) norma szerinti (EUR-II, III. v. IV.) besorolása. Olajos mag termelésével foglalkozó gazdaság, a maga által előállított olajos mag feldolgozásával és hidegen préselt szűrt növényi olaj motorikus felhasználásával kielégítheti a mezőgazdasági munkákban használt erőgépeik, a szállítójárműveik és személygépkocsik üzemanyagigényét, továbbá motorikus energiablokk egységekkel (BHKW) beállításával elláthatja a farmot villamos és hőenergiával is. Ez kínálja a megoldást az önellátó energiafarm gyakorlati megvalósítására.

4.7.4. ábra: Hidegen préselt növényi olajjal üzemelő traktor és motorja

133

4.8. Nedves fermentációval dolgozó biogázüzemek

4.8.1. ábra: A biogáz előállítás és szubsztrátkezelés négy technológiai fázisa

Európa szerte gomba módra szaporodnak a biogázüzemek, mindenekelőtt a mezőgazdaság területén, de a kommunális szektorban is egyre több üzem épül.- Mindkét területen a biogáztermelés azokkal az előnyökkel jár egyrészt, hogy kevésbé értékes melléktermékből, hulladékból egyre megfizethetetlenebb energiát lehet nyerni, amelyre a gazdasági ágazatoknak és a lakosságnak is szüksége van, másrészt a melléktermékek (trágyák) és kommunális hulladékok környezetbarát kezelésével a környezet védelmében is jelenős lépéseket lehet tenni. A biogáz fermentorokból kikerülő kierjedt anyagok tápanyagként történő hasznosítása már nem üközik olyan korlátokba, mint a trágyáé, vagy a hulladékoké. Egy sor országban a biogáznak mint energiahordozónak az előállítása és hasznosítása az országos energiamérlegben is már számottevő. A fosszilis energiahordozók készleteinek szűkülésével, illetve azok takarékosabb felhasználása miatt, pedig már kifejezetten energianövényekre (silókukorica, cukorcirok, szudáni fű, teljes kalászos gabonanövények,

Alapanyag szállítása, tárolása

Alapanyag adagolás, betöltése

Alapanyag előkészítése, kezelése (osztályozás, aprítás,

keverés, homogenizáláshigienizálás)

Biogáz

Biogáz előállítása, gázkinyerés, gáztermelés a fermentorban

Kierjedt szubsztrát

Tisztítás, kéntelenítés, tárolás, dúsítás Fázisbontás

Fázis-bontás nélküli

kijuttatás Folyé-kony fázis kiön-tözés

Szilárd fázis

kijuttatás,

komposz-tálás

Hálózati betáp-lálás

Áram és hő-

termelés

Tüze-lés

I. fázis

II. fázis

III. fázis IV. fázis

134

stb.) alapozva is építenek biogázüzemeket, amelyek az országos energiahálózatra termelnek energiát.

4.8.2. ábra. Biogáz üzemek távlati képei

A biogáz termelés technológiai folyamata A nedves fermentációs technológiák négy jól elkülöníthető fázisra épülnek: az alapanyagok beszállítása, tárolása, előkészítése, kezelése és a fermentorba

adagolása, biogáz termelés a fermentorban, a biogáz kezelése és hasznosítása, a kierjedt szubsztrát tárolása, feldolgozása és hasznosítása.

Alapanyagok beszállítása, előkészítése A biogáz alapanyagok közül a folyékony trágyák az állattartó telepről közvetlenül az előtároló tartályokba szivattyúzhatók. Nagyobb szállítási távolság esetén tartálykocsikkal juttathatók el az előtárolóba. A szubsztrát szilárd összetevői friss állapotban (zöld kaszálék, silókukorica szecska, cukorcirok, cukorrépalevél, stb.) közvetlenül a fogadó-adagoló bunkerokba, vagy a manipuláló térre szállíthatók tehergépkocsikkal, vagy traktorvonatású pótkocsikkal. A tartósított szilárd fázisú összetevők (kukorica siló, teljes gabona siló, cirok-siló takarmányok) a silókazal bontását követően, szintén az adagoló bunkerba vagy a manipuláló térre hozathatók, mindig a bekeveréshez szükséges mennyiségben. Ezeket a logisztikai folyamatokat a folyamatos fermentor üzem optimális kiszolgálásának kell alárendelni. A beszállítási munkákkal úgy lehet takarékoskodni, hogy nagyobb manipuláló teret és fogadó-

135

adagoló bunkereket alakítanak ki a fermentorok közelében. Ennek azonban korlátokat szabhat a beépíthető terület nagysága is.

4.8.3. ábra: Biogáz üzem szilárd alapanyag fogadó és adagoló konténere A szilárd összetevőket a beadagolás előtt keverni és aprítani kell. A keverési arányokat a szubszrát receptúra, illetve a maximális biogáz és metántermelési követelmények határozzák meg. A receptúrák ellenőrzésére célszerű laborkísérleteket beállítani, amelyekből következtetni lehet a várható gázkihozatalra és a gáz összetételére. A keverésre és adagolással a vízszintes, vagy függőleges csigás keverő berendezésekkel felszerelt mozgó padozatú aprító és zúzó berendezéssel rendelkező tartályos vagy konténeres keverő-adagolókat alkalmazzák elterjedten. Minél apróbb (15 mm alatti) az apríték, annál gyorsabb a feltáródása, a baktériumok kevesebb energia felhasználásával bontják azt le. Az utóaprítás és homogenizálási munkák csökkentésére több szecskázógép gyártó (Claas, Krone) a nagyteljesítményű magajáró szecskázóhoz külön „biogáz szecskázó dobot” is kínál, mely nagyobb késszámmal rendelkezik és nagyobb a percenkénti vágásszáma is, ezáltal apróbb és homogénebb szecskát állít elő. Az adagolót szállítócsiga, csőcsiga, vagy láncos szállító (radler) ritkábban csöves szállítószalag kapcsolja össze a fermentorral. A folyékony trágyák fermentorba adagolását nagy teljesítményű csigaházas centrifugál keverő szivattyúkkal, gumibetétes csigaszivattyúkkal, vagy forgódugattyús szivattyúkkal oldják meg. Nagyobb telepeken külön szivattyú házat alakítanak ki, ahová a betöltő-, áttöltő-, és az ürítőszivattyút csövezik be, ezáltal egy helyen található a vízgépészet és a vezérlés. A hígtrágya szivattyúk vezetékébe gyakran építenek késes-kosaras aprítóberendezést, amely a hígtrágyában lévő nagyobb szilárd részek finomaprítását végzik el, ezáltal javítják a szivattyúk szállítási teljesítményét és növelik a szilárd részek feltárhatóságát. Hasonló aprítók találhatók a hígtrágya injektáló tartálykocsik kiosztó vezetékében is.

136

Higienizálás

Amennyiben a biogázüzemben vágóhídi hulladék is feldolgozásra kerül, abban az esetben higienizáló berendezést is be kell építeni az előkészítő technológiákba. A berendezés általában 30-50 m3-es rozsdamentes duplafalú, fűthető tartályból és kiszolgáló szivattyúból áll. A pasztörizálást a berendezés 70 oC-on egy órás hőntartással végzi. A csirátlanított szubsztrátot vissza kell hűteni a fermenor üzemi hőmérsékletére és csak ezután lehet beadagolni a fermentorba. Ehhez átszivattyúzzák egy hőcserélőn és ez így visszanyert hőt a higienizálásra kerülő anyag előmelegítésére használják fel. A higienizálási technológia automatizált folyamat, amelyet dokumentáltan regisztrál a berendezés vezérlőszekrénye. Amennyiben a szubsztrátban nehézfémek is előfordulnak a nehéz fémtelenítő berendezést be kell iktatni a technológiába. Nehézfém előfordulással elsősorban a sertés hígtrágyában és a vágóhídi hulladékok esetében kell számolni. Fermentorok A fermentorok alkotják a biogázüzemek központi egységét. Ezekben zajlik le a metánképződés biológiai folyamata. A kisebb teljesítményű (150 kW alatti) biogázüzemek általában egy (600-1000 m3-es) fermentorral épülnek, a nagyobb teljesítményű biogáz telepeken rendszerint két (egy fő és egy utó) fermentort építenek be a technológiába 1500-2000 térfogattal. A telep teljesíményének növelésére ezeket meg is duplázhatják vagy triplázhatják abban az esetben, ha 2 MW fölötti kapacitás elérése a célkitűzés. A fermentor tartályokat jelenleg már szinte kizárólag fémből készítik, rendszerint előre gyártott elemekből, és horganyzott kivitelben, vagy speciális bevonatokkal látják el azokat, amelyek így ellenállnak az agresszívebb korróziónak is. Rozsdamentes acélból is készülnek tartályok, amelyek bekerülési költsége emiatt magasabb, de az élettartamuk is ezzel arányosan kedvezőbb. Ritkábban vasbetonból is építenek fermentor tartályokat, elsősorban nagyobb térfogatok esetén.

4.8.4. ábra: Nagyátmérőjű fermentor tartályok. Műanyag tetővel

137

A klasszikus felépítésű fermentor tartályok tartozéka:

a keverő berendezés, a fermentor fűtés, a gázgyűjtő ernyő, a fermentortető nyomáskiegyenlítővel, betöltő berendezés, ürítő szerkezet, túlfolyó, tisztító nyílás.

Keverő berendezések A keverő berendezés a fermentorban lévő szubsztrát folyamatos keverésére, homogenizálására a gázképződés elősegítésére szolgál. Többféle megoldással lehet találkozni, melyek fermentor tartály geometriájának (fekvő vagy álló kivitel) függvényében kerülnek alkalmazásra. Keverő megoldások:

ferde tengelyű lapátos keverő, vízszintes tengelyű motollás keverő, központi kétturbinás axiál keverő, vízszintes tengelyű függőleges mozgású propellerkeverő, hidraulikus keverő.

4.8.5. ábra: Függőleges pályán mogó propelleres keverő

Ez utóbbiból tartályonként rendszerint két a többiből egy-egy keverőt helyeznek el. A cél, hogy a szubsztrát jól átkeveredjen, ne legyen a tartályban holt tér, a baktériumok aktív

138

élettere frissüljön. A keverők lapátjai általában rozsdamentes acélból készülnek. Egy-egy keverőt működtető villanymotor teljesítménye, 10 és 20 kW között változik. A fordulatszámuk változtatható. A nagylapátos keverők 50-300 ford/min fordulatszámon a propelleres és a turbinás keverők ennél nagyobb 300-1000 ford/min fordulatszámon üzemelnek. A hidraulikus keverés során a szubsztrát egy részét áramoltatják szivattyú segítségével és ezáltal keverik át a fermentorteret. Fermentorok fűtése

4.8.6. ábra: Belső csöves fermentor fűtés

A fermentorok fűtésére belső csőradiátoros fűtést, vagy ritkábban palást fűtést alkalmaznak. Ez utóbbi esetben duplán szigetelt palástú fermentorokat kell építeni. A fermentor belsejébe futó fűtőcsövek rozsdamentes acélból készülnek. A fermentor padozatba és a szigetelt palástba műanyag fűtőcsöveket építenek be, amelyet épületek padlófűtésénél is elterjedten alkalmaznak. A hőveszteség csökkentésére a fermentor tartályokat szigeteléssel kell ellátni, a szigetelő anyagként kőzet gyapot, polisztirol, poliuretán és üveggyapot szigeteléseket alkalmaznak 5-10 cm vastagságban. A fűtési energiát az áramtermelő biogázmotorok hulladék hőjével, vagy kazánban előállított energiával fedezik. Gázgyűjtő ernyő A főfermentorok, az utófermentorok és a gyakran még a kierjedt szubszrát utótárolók tetőszerkezetébe is beépítenek rugalmas nyomástartó időjárási változásoknak ellenálló gyűjtőernyőt, amelynek a feladata a fermentor tartályokban képződött biogáz összegyűjtése, ahonnan a gáztisztítás és kéntelenítés után a gáztárolóba kerül. A gyűjtőernyők rugalmasságuk folytán változó mennyiségű gáz biztonságos befogadására alkalmasak. A gázgyűjtő ernyők felett a fermentorokat műanyag-, vagy fémtetővel fedik be, amelyek védik a gázgyűjtő ernyőt, a külső behatásoktól, illetve tágulási teret biztosítanak a gázzal teli gyűjtőernyők kierjedéséhez. A gázgyűjtő ernyőt és a tágulási teret, túlnyomás biztosító berendezéssel is el kell látni, biztonságtechnikai okokból. Ez kombinálhatják a gázgyűjtő vezetékkel is, amelynek a feladata a fermentorokból a gáz összegyűjtése. Nagyobb biogáztelepeken külső gáztárolót is építenek, amely átmenetileg tárolni képes a biogázt, amíg ez nem kerül felhasználásra. Ezeket külön épületben helyezik el, amelyekbe fekvő-, vagy gömb alakú rugalmas falú tartályokban tárolható a gáz. Fontos követelmény velük

139

szemben a biztonságos gázzárás (max. 0,5 %/nap veszteséggel), és a gáznyomás tartás (300 mbar-ig). Térfogatuk a fermentorok teljesítményéhez igazodik. A biogázüzemek fontos berendezése a biztonsági gázfáklya, amelynek a feladata a tároló túltelítettsége esetén, vagy rossz minőségű gáz termelődésekor a felesleges gázmennyiség elégetése. Leginkább akkor van rá szükség, ha a gázfelhasználás folyamatosságában zavar keletkezik, például a gázmotor meghibásodik. A gázfáklyát távol telepítik a tárolóktól, acélból készül, több méter magasságban történik a gáz elégetése 800-1000 oC-on. Kapacitása elérheti a 1000 m3/h égetési teljesítményt is. A biogáz tisztítása

4.8.7. ábra: Biogáz kéntelenítő berendezés

A fermentorokban keletkezett biogázt elsősorban a benne lévő kéntől kell megtisztítani, amely a felhasználás során jelentős környezetszennyezést okozhat. A kéntelenítésre biológiai és kémiai eljárásokat alkalmaznak. A biológiai kéntelenítés szulfobacter oxidáns baktériumok felhasználásával a fermentorban is történhet, amelyek lebontják a kénhidrogént. A biogáz biológiai kéntelenítésére fermentoron kívüli megoldásokat is alkalmaznak elterjedten, amelyekkel 99 %-ban megtisztítható a kénhidrogéntől a biogáz. A kéntelenítés végezhető levegő befúvásával is. Ebben az esetben a biogáz 3-5 %-ának megfelelő levegőt áramoltatnak át rajta. A kéntelenítő kapacitását a fermentorok kapacitásához kell igazítani. A gyakorlatban a 100-1500 m3/h kapacitású készülékek kerülnek alkalmazásra. A biogáz kéntelenítésére kémiai eljárásokat alkalmaznak, amelyek nátriumhidroxiddal, vagy vashidroxiddal végzik a biogáz kénmentesítését. Ezek az eljárások 95 %-os hatásfokkal dolgoznak. A biogáz további kezelésében szerepet kaphat a biogáz víztelenítési eljárása, amelynek során a vízgőz formájában jelenlévő nedvessége csapatják ki kondenzvíz formájában. Ehhez a biogázt hűteni kell, amelyre többféle eljárást (hőcserélőt, talajhűtést, stb.) alkalmaznak. A víztelenítés során az ammónia nagy része is eltávozik a gázból.

140

A biogáz energetikai hasznosítása A biogázt legelterjedtebben gázmotoros energiatermelő blokk egységekben (BHKW) használják jelüzemanyagként. Ezek az energiatermelő blokkok gázüzemű (rendszerint Ottó) motorokból áramfejlesztő generátorokból, a hulladékhő, hasznosítására beépített hőcserélőkből és természetesen a vezérlésből épülnek fel. Az energiatermelő blokk a bevitt biogáz energiájának 90 %-át képes hasznosítani. A gáz energiájának 35 %-át villamos energiaként, 55 %-a pedig hőenergiaként hasznosul. A megtermelt villamos energiának 14 %-a kerül általában felhasználásra az üzemeken belül, 86 %-a értékesíthető. A kapcsolt hőtermelésből a biogáz üzem használja fel a hőenergia 55 %-át 45 % pedig egyéb célra hasznosítható vagy értékesíthető. Egy m3 felhasznált biogázból 1,8 kWh villamos energia és 5,5 MJ hőenergia kerülhet értékesítésre. Ezek a paraméterek döntő mértékben befolyásolhatják a biogázüzem gazdaságossági mutatóit.

4.8.8. ábra: Bioáztelep energiatermelő blokkjai A biogázüzemek energiablokkjában alkalmazott gáz-Otto-motorok teljesítménye, 100 kW és 1,0 MW között változik. Gyakori hogy több blokkegységet (pl. 3 x 600 kW) illesztenek a biogázüzemhez, amelyet külön-külön gázmotor működtet. A gázmotorok stabil működéséhez a biogáz metán tartalmának meg kell haladnia a 45 %-ot. A motorok elektronikus energia átalakítási hatásfoka 31 és 40 % között változik. Minél nagyobb teljesítményű a motor, annál jobb hatásfok érhető el vele. A motoroknak évente minimum 8000 üzemórát kell teljesíteniük és 60.000 üzemóránként (7,5 évenként) kerülhet sor a nagyjavításukra, ezért rendkívüli üzembiztosságra méretezik azokat. A motorokat füstgáz katalizátorokkal is felszerelik, hogy kielégítsék a szigorú környezetvédelmi előírásokat.

141

A motorokkal általában háromfázisú 400 Volt feszültségen és 50 Hz frekvencián dolgozó váltóáramú generátorokat hajtanak meg, amelyekkel áramot termelnek és azt megfelelő mérés és szabályozás mellett, az áramszolgáltatók hálózatába táplálnak.

4.8.9. ábra: Gázmotoros áramfejlesztő generátor A biogáz elektromos áram termelésre történő felhasználás gazdaságossága nagymértékben függ a motorikus hulladékhő hasznosításától. A bevitt energiának 25 %-aként jelentkező szabad felhasználású hő értékesítése vagy hasznosítása teheti gazdaságossá a biogázüzemet. Ezért törekedni kell a hőfelesleg hasznosítására, amely felhasználható üvegházak, különböző szárító berendezések, istállók fűtésére, nyáron hűtő aggregátok üzemeltetésére, vagy Stárling motorok üzemeltetésével a hőenergia mechanikai egy további villamos energiává alakítható. Ismert a biogáznak a hasznosítása mikrogáz turbinákon keresztül is, amelyek magas fordulatszámmal üzemelnek és a meghajtott generátoron keresztül áramot termelnek. A turbinák kevésbé érzékenyek a biogáz metántartalmára, de gyakrabban szorulnak nagyjavításra, mint a gázmotorok. A biogázüzemek vezérlése és szabályozása A biogázüzemeket napjainkban szinte felügyelet nélküli automatikus üzemre tervezik. Teljes egészében számítógépek vezérlik a folyamatot. A beépített érzékelőkön a központi komputer folyamatosan értékel és vizuálisan is jelzi az adatokat. A szabályozás és az ellenőrzés az alábbi komponensekre erjed ki:

a szubsztrát előtároló keverők, adagolók működése, a szubsztrát beadagolás és összetétel mérése, a higienizátor munkája,

142

a fermentor töltési szint ellenőrzése, a szubsztrát keverők működése, beállítása, a fermentor fűtés szabályozása, a teljes szubsztrát transzport követése, a biogáz mennyiségének mérése, összetételének elemzése, a kéntelenítő berendezés működése, az energiablokk egység teljesítményszabályozása, az utótárolóban lévő kierjedt szubsztrát, ill. annak feldolgozásának

ellenőrzése.

4.8.10. ábra: Biogázüzem számítógép vezérlő pultja Mindezek a központi számítógépen pontosan követhetők és vezérlőpult képernyőjén a technológiai folyamat vizuálisan is követhető. A vezérlő központ a számítógéppel a biogázüzem központi agyát képezi fontos hardver és szoftver elemeket tartalmaz. A központi vezérlő egység mér, értékel, elemez és szükség szerint szabályoz optimalizálva a folyamatokat. A kierjedt szubsztrát kezelése és hasznosítása A fermentorokból kikerülő szubsztrát utótárolóba kerül, melyek szintén betonból, vagy acélból készült nagyméretű tartályok. A felhasználásig ezekben tárolják a magas NPK tartalmú, folyékony fázisú 8-12 % szárazanyagtartalmú anyagot. Egy m3 kierjedt szubsztrát átlagosan 3,5 kg nitrogént, 1,4 kg foszfort és 3,8 kg kálium hatóanyagot tartalmaz, amely tápanyagként hasznosulhat. A kierjedt szubsztrát fázisbontás nélkül is kijuttatható a mezőgazdasági területre a környezetvédelmi előírások betartása mellett. A másik lehetséges megoldás a szubsztrát fázisbontással történő szétválasztása szilárd és folyékony fázisra. Ezek külön-külön juttathatók ki. A szilárd fázis szervestrágyaszóró kocsikkal a folyékony fázis p4edig öntözéssel. A szilárdfázis komposztálással értékesebb tápanyaggá nemesíthető és

143

jobban értékesíthető, amely plussz bevételt hozhat az üzem gazdaságosságának javításához. Több biogázüzem mellé telepítettek gyorskomposztálókat, amelyek zárt rendszerben mechanikus kezeléssel állítják elő a komposztot. Ezekkel a berendezésekkel másfél hónap alatt érett komposzt állítható elő. Egyes gyártók előrukkoltak a kiszeparált szilárd fázis szárítására és pelletálására alkalmas berendezéssel is. A horizontális mozgó fenekű forgatásos szárító és a hozzá kapcsolt pelletáló a szubsztrát szilárd fázisából tüzelő pelletet képes előállítani. Egy ilyen berendezés beállításával a biogáz üzem felesleges hulladékhője hasznosítható tüzi pellet előállítására. A hulladékhővel fűtött szárító más anyagok szárítására is felhasználható. Ezek a szárítók 300-900 kW/h hőmennyiséget igényelnek óránként.

Biogázüzemek gazdaságossága

A biogázüzemek létesítésének és üzemének mindenkor a gazdaságosság szab határt. Ezt az alábbi tényezők befolyásolják:

az alapanyag rendelkezésre állása (helyben), a szubsztrát összetétel és a gázkihozatal, a rendelkezésre álló üzemidő kihasználása, az előmunka ráfordítások, a villamos energia (vagy gáz) értékesítési lehetőségek, a hulladékhő hasznosításának aránya és megoldásai, a fermentáció időbeni lefolyása, a rendszer hőveszteségei, a kierjedt szubsztrát feldolgozásának és elhelyezésének költségei, a kapcsolódó infrastruktúrális és környezetvédelmi beruházások költségei.

Amennyiben elegendő helyben rendelkezésre álló (hígtrágya), vagy megtermelhető (silókukorica) alapanyag mennyiséggel lehet számolni és kedvezőek a villamos energia, valamint a hulladékhő értékesítési lehetőségek, minél nagyobb kapacitású biogázüzem létesítése célszerű. Ugyanis a kapacitás növelésével, fajlagosan csökkennek a beruházási és működési költségek. Egy 500 kWe kapacitású üzem 1 kWe-ra vonatkoztatott fajlagos beruházási költsége kétszer annyiba kerül, mint 1,5-2,0 Mwe kapacitású üzemé. A rendelkezésre álló üzemidő kihasználásának növelésével exponenciálisan csökken a beruházás megtérülése. Ezért célszerű az évi 8000-8500 üzemórás kihasználást elérni. Hasonlóan lerövidíthető a megtérülési idő a keletkezett hulladékhő minél nagyobb arányú hasznosításával.

144

4.8.11. ábra: Biogáz üzemi beruházások megtérülése kapacitás függvényében

0

2

4

6

8

10

12

14

6500 7000 7500 8000 8500üzemóra

Meg

térü

lési

id

ő (

év)

4.8.12. ábra: Biogáz üzem kihasználtságának hatása a beruházás megtérülésére

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

10 20 30 40 50 60 70 80%

Meg

térü

lési

id

ő (

év)

145

4.8.13. ábra: Hulladékhő hasznosítás hatása a biogázüzemi beruházások megtérülésére A gázkihozatallal 1 tonna szubsztrát, ill. az 1 m3 fermentor térfogatra eső gázmennyiség növelésével nő az energiatermelés hatékonysága és gazdaságossága. A szubsztrát szárazanyag taralmának egy tonnájára vetítve 500-600 m3/t gáztermelést, egy m3 fermentor térfogatra pedig 1,0-1,5 m3/nap gázkihozatalt el kell érni a gazdaságossághoz. A termelt biogáz átlagos metántartalma pedig érje el a 50-70 % közötti értéke. Döntő gazdaságossági tényező az értékesítésre kerülő villamos energia ára, amely nagy eltérést mutat a Közép-Kelet európai térségben. Az ár 10 és 20 euró cent között mozog, ahol a magasabb átvételi árral számolhatnak a vállalkozások és még szubvencióra is számíthatnak, ott gyorsan bővül a biogázüzemek száma. Ott, ahol csak a feltételek kevésbé állnak rendelkezésre, lassúbb folyamattal lehet számolni. A biogázüzemek létesítésénél figyelembe kell venni olyan környezetvédelmi előnyöket is, mint a trágyakezelés és az állattartó telepek környezeti hatásának korszerű megoldása, vagy a pihentetett mezőgazdasági területek energianövény-termelés céljára történő hasznosítása, ill. az import energia függőség csökkentése, amelyeknek szintén gazdasági értéke is van. Három különböző méretű biogázüzem beruházási költségét szemléleti a következő táblázat. 4.8.1. táblázat: Biogázüzemek beruházási igénye

Méret kapacitás 600 kWe 800 kWe 1200 kWe

Alapanyag előkészítés Mechanikus aprító és adagoló berendezés hidraulikus keverő- és homogenizáló berendezések

Biogáz reaktor (fermentor) - száma 3 db 4 db 6 db - össztérfogata 4500 m3 6000 m3 9000 m3 - kivitele Moduláris kialakítás, integrát gázgyűjtővel, rozsdamentes

acélból, falfűtéssel, keverővel, fix tetővel, mezofil (30-40 oC) technológiával, mérő és biztonsági berendezésekkel, gáztisztítóval

Gázmotoros energiablokk (BHKW)

1 db 600 kWe 2 db 400 kWe 2 db 600 kWe

Hulladékhő hasznosítására szolgáló hőcserélőkkel, biztonsági hűtéssel, gázfáklyával

Szubsztrát fázisbontó szeparátor

A kierjedt szubsztrát szervesanyag tartalmának leválasztására

Fajlagos beruházási költség 2930 EUR/kWe 3024 EUR/kWe 2670 EUR/kWe

146

4.9. Biogáz-termelés száraz fermentorokban A száraz fermentációra alapozott biogáz előállítási eljárások kevésbé elterjedtek, mint a nedves fermentációs technológiák. A szakirodalomból már korábban ismert technológiáknak újabban németországi (Weichenstefan és Potsdam-Bornim) kutatási eredmények adtak lendületet. Az elterjedésének határt szab, hogy fontosabb alapanyaga a szilárd almos istálló trágya jóval kisebb mennyiségben áll rendelkezésre az állattartási technológiáknál, mint a nedves fermentációnál alkalmazott hígtrágya. A száraz fermentációs eljárások kialakításuknál fogva lehetnek: kamrás (cellás) kialakítású beton építmények, konténeres megoldásúak, alagutas kivitelűek, folyamatos csőfermentoros kivitel.

Az újonnan épített száraz biogáz fermentoroknál a kamrás- vagy csőfermentoros kialakítást részesítik előnyben. A száraz fermentoros biogáztermelés sajátosságai: ömlesztett darabos szilárd, legfeljebb 35 % nedvességtartalmú szubsztrátot alkalmaz,

amely lehet almos istállótrágya (főleg szarvasmarha trágya), lehet kommunális hulladék, kukorica- és fűszenázs, teljes gabonanövény szilázs, illetve egyéb fermentálható mezőgazdasági szilárd hulladék,

a fermentorok gázzáró betonból vagy acélból készülhetnek, légmentes nyílászárókkal, egy-egy fermentor több páros számú kamrából épül fel,

a fermentor kamrák kiszolgálása (be- és kitárolása) magajáró homlokrakodó gépekkel végezhető,

a biogáztermelés egy lépcsőben történik, a lebontási (hidrolízis, savképzés) folyamatok és a metánképződés egy reaktorban egymásra épülve zajlik,

a képződő biogáz összegyűjtése a kamrák fölé helyezett rugalmas falú gáztározókba történik, a keletkezett gázt bioszűrőkön tisztítják meg,

a fermentáció fenntartásához a kamrák aljában összegyűlt csurgaléklevet (perkolát) cirkuláltatni kell, ezt szivattyúkkal és szórófejekkel oldják meg,

a mezofill fázisú fermentáció fenntartásához a kamrákat padlófűtéssel építik, amelyen keresztül a szükséges hőmérséklet beállítható,

a fermentációs ciklus 25-30 napot igényel, ezért a cellákat változó időpontban töltik fel és ürítik ki, a szubsztrát cserével a kierjedt szubsztrát 15-30 %-át oltóanyagként vissza kell keverni a friss anyagba, hogy a baktériumok élettevékenysége folyamatos legyen,

a kierjedt szilárd szubsztrát tovább komposztálható vagy érett trágyaként a földekre kijuttatható,

a keletkezett biogáz fűtésre vagy gázmotoros BHKW-kben elektromos áram termelésére hasznosítható, amelynek a hulladékhője a fermentorok fűtésére használható fel.

147

A száraz fermentoros biogáz-termelés előnyei: épületei (kamrái) többcélúan is hasznosíthatók, egyszerűbb a fermentorok kiszolgálása, kevésbé érzékeny a technológia a szubsztrát összetételére (a keverésre igen), minimális a kénhidrogén a biogázban, ezáltal a kéntelenítési költségek elenyészőek,

vagy nincs rá szükség, kevesebb energiát igényel a működtetése, magas metántartalmú biogáz állítható elő vele, kisebbek az üzemeltetési költségek, gyorsabb a beruházás megtérülése.

A száraz fermentoros biogáztermelés hátrányai: folyamatos gáztermeléshez több (6-8 db) kamrás kialakítású fermentor szükséges, rosszul elvégzett szubszát előkészítés (keverés) esetén lassúbb gázképződés és kisebb

gázkihozatal, az épületek robbanásbiztonsága szigorúbb védelmet igényel, érzékenyebb

gázszenzorok alkalmazását teszi szükségessé, nagyobb gondot kell fordítani a tűzvédelemre is.

4.9.1. ábra: Száraz fermentor feltöltése Azokban az országokban ahol már alkalmazzák a száraz fermentációs eljárást a biogáz előállítására az ott termelt villamos energia átvételi árában érvényesíthető az innovációs

148

bónusz, amely az innovatív technológiák esetében lehetséges csak. A RECORA projektben résztvevő anyagok közül Németországban és Csehországban találhatók ezt a technológiát alkalmazó biogázüzemek. Több gyártó is (Bioferm, Bekon, Kompogas, Loock) kínálja a technológiáját a piacon. Jellemzően kisebb (100, 150, 250, 350, 500 kWe) teljesítményű üzemek épültek eddig és a kamrás (cellás) kivitelek terjedtek el, amelyek rövid idő alatt kivitelezhetők. Csőfermentoros megoldásokat is építettek az utóbbi időben Németországban, Svájcban és Ausztriában. A fermentorkamrákat (cellákat) magában foglaló épület együttes kiszolgálására nyitott vagy fedett előkészítő térbetont vagy csarnokot célszerű építeni, ahová betárolható a friss szubsztrát alapanyag és elvégezhető a nyers alapanyag beoltása és keverése. A kitermelt szubsztrát komposztáló vagy trágya telepre szállítható, illetve mezőgazdasági termelési ciklusoknak megfelelően rendelkezésre álló szabad földterületre kiszórható. Megvalósult beruházások adatai alapján egy 200 kWe kapacitású száraz fermentorral működő biogáz telep szubsztrát igénye mintegy 5400-5500 m³/év. A beruházási igénye járulékos beruházások nélkül 580-590 ezer euró. Az éves üzemeltetési költsége 70-72 ezer euró. Kedvező esetben ennek ötszöröse származhat bevételként a termelt energia értékesítéséből. A kalkulációk azt mutatják, hogy kedvező megtérülés érhető el a száraz fermentorok esetében. A megújuló energiahordozókkal történő áramtermelés jövedelmezőségét döntően befolyásolja a villamos energia átvételi ára, ezért a RECORA tagok esetében fontos a „zöld áram” átvételi árak elemzése. Míg Magyarországon a biomasszából termelt villamos energia ára 0,1 Euro/kWh körül ingadozik, addig Németországban ez duplája 0,2 Euro/kWh is lehet. Ez pedig eldöntheti a megújuló energiatermeléshez kapcsolódó beruházások és a működés gazdaságosságát.

149

4.10. Mezőgazdaságba integrált bioetanol gyártás A bioetanol alapanyagait napjainkban főleg a mezőgazdaságban termelik meg. Az etanol gyártás melléktermékeit is leggazdaságosabban a mezőgazdaság tudja hasznosítani. Fontos szempont, hogy a mezőgazdaságba integrált etanol gyártás a legkevesebb anyagmozgatással járjon és logisztikailag jól szervezhető legyen a folyamat. Az etanolgyártás ipari méretekben, nagyobb kapacitású üzemekben általában gazdaságosabb, de a komplex környezeti hatásokat és a melléktermék hasznosítás szempontjait is figyelembe véve, a mezőgazdaságba telepített, kisebb kapacitású bioetanol üzemek is versenyképesek. Az sem utolsó szempont, hogy az üzemek nyeresége a mezőgazdasági üzemek jövedelmét növeli, segít a vidéki tevékenységek diverzifikálásában, új lehetőséget kínál a vidéki lakosság foglalkoztatásában, erősíti a mezőgazdaság és a vidék gazdasági potenciálját is. Ennek tudható be, hogy Magyarországon több projekt megvalósításra is sor kerül a következő időszakban. Az „Energiafarm” nevet viselő projektek öt rugalmasan változtatható modulból épülnek fel:

I. modul: Gabonatároló modul 15.000 tonna kukorica (búza) tárolására alkalmas toronytároló rendszer.

II. modul: Bioetanol üzem évi 5.250 t (6090 m³) 99,5 térfogat %-os töménységű etanol előállítására.

III. modul: Biogáz üzem évi 5100 t 55 % metántartalmú biogáz előállítására. IV. modul: Villamos- és hőenergia előállítására alkalmas etanol és gázmotoros

energia termelő blokk évi 20 + 15 millió kWh villamos energia előállítással. V. modul: Biokomposzt előállító gyorskomposztáló évi 3.100 t biokomposzt

előállítására. Az egyes modulok egymásra épülnek és kétféle kimenetük van. Villamos energiát és/vagy bioetanolt értékesítenek kifelé, minden input belülről származik és minden melléktermék helyben hasznosul. Az ötmodulos üzem inputját az évi 15.000 tonna kukorica képezi, amely 2000-2500 hektáron termelhető meg, akár egy nagyüzemben vagy több kisebb üzem társulásában. Ekkora volumenű kukorica két-három település határában megtermelhető, a szállítási távolságok minimalizálhatók. A kukorica (búza) éves tárolása 6x2500 tonna befogadó kapacitású toronytárolókban (silókban), gabona tároló telepen oldható meg leggazdaságosabban, de több kisebb telep logisztikai összekapcsolása is lehetséges. A bioetanol gyártásra ma már kedvező árú, korszerű, többlépcsős technológiák állnak rendelkezésre, amelyekkel 99,5 térfogat % tisztaságú etanol is előállítható. Az ilyen tisztaságú, finomított alkohol jó áron értékesíthető a piacon, és a jövőben is korlátlan lehetőség kínálkozik az értékesítésére. Amennyiben villamos energiaként történő eladása mégis nagyobb hasznot hoz a termelőknek, úgy vizes alkoholként (96,5 térfogat %-os bioetanol) hasznosítható etanol üzemű motorokkal és generátorokkal villamos áram állítható elő belőle. Az etanolgyártás melléktermékeként jelentkező szeszmoslék képezi trágyával kiegészítve a III. modulban szereplő biogáz üzem legfontosabb alapanyagát. A szeszmoslék dehidrálásával a magas fehérje tartalmú kukorica törköly kinyerhető és helyben takarmányként hasznosítható, ha van rá igény. Egy ekkora kapacitású etanolgyárból kinyerhető kukorica törköly mintegy 960 db szarvasmarha takarmányozásához képes hozzájárulni. A

150

szarvasmarha trágya pedig a biogáz üzem alapanyag készletét bővíti. Amennyiben takarmányként nincs szükség a szeszmoslékra úgy teljes egészében biogáz előállítására használható fel. A megtermelt biogáz részben az etanolgyártás energiaszükségletének kielégítésére, ill. villamos energia termelésére használható fel gázmotoros generátoros energiatermelő blokkokban.

4.10.1 ábra: Moduláris felépítésű bioetanol és biogáz termelő „Energiafarm” egyszerűsített

anyag- és energia folyamatai Az „Energiafarm” projekt IV. modulját az energiatermelő BHKW-k alkotják etanolmotoros és/vagy gázmotoros üzemben mintegy 1 MWe teljesítménnyel. Az energiatermelő blokk villamos energiát állít elő hálózati betáplálással „zöld” áramként történő értékesítésre. Az energiablokk hulladékhője a bioetanol gyártás során és a részben biogáz reaktorok fűtésére kerül felhasználásra. A felesleges hulladékhő a gyors biokomposztálónál is felhasználható vagy külső fogyasztóknál (üvegházakban, szárító berendezésekben) hasznosítható. A záró, egyben feltételes modul a biokomposzt előállító egység, amely zárt térben és rendszerben a biogázüzemből kikerülő kierjedt szubsztrát fázis bontása után keletkezett szilárd szerves részeket dolgozza fel, aerob körülmények biokomposzttá. A kétaknás fizikai és biológiai kezelést végző gyorskomposztáló egy feltöltéssel 29 m³ szilárd szerves hulladékot képes befogadni és feldolgozni. A keletkezett biokomposzt csomagolható és forgalomképes.

Gabonatároló 15.000 tonna

Gabona

Bioetanol üzem

Takarmány Szeszmoslék DDGS

Hő Bioetanol 5250 tonna

Piaci értékesítés

Biogáz üzem

Állat-tenyésztés

Trágya Trágya

Hő

Villamos energia termelés

Piaci értékesítés

Egyéb hőfelhasználás

Szubsztrát fázisbontás

Folyékony fázis

Szilárd fázis

Gyorskomposztáló Öntözés Piaci

értékesítés

Saját felhasználás

151

A fázisbontás után visszamaradt folyékony fázis a mezőgazdasági termőterületek öntözésére használható fel. Az „Energiafarm” projekt kapcsolható ipari méretű etanolgyártáshoz is abban az esetben, ha az alkohol finomítását az iparral kooperációban végzi. Ebben a konstrukcióban beszállítóként jelenik meg a piacon. A modulokból felépülő projekt előnye, hogy lépcsőzetesen is kiépíthető, az egyes modulok különböző időpontokban is megépíthetők. Az öt modulból négy önállóan is működőképes. A költségkalkulációk alapján az „Energiafarm” projekt az etanol jelenlegi piaci árát és a zöldáram átvételi árát figyelembe véve gyors (3-5 éves) megtérülésre számíthat. Nem elhanyagolható előnye, hogy olcsó takarmányt és értékes szerves tápanyagot szolgáltat az üzemeltetőknek. A beruházási költségtervek alapján az egyes modulok bekerülési költségeinek megoszlását szemlélteti a 4.10.2 ábra.

4.10.2 ábra: Az "Energiafarm" egyes modulljainak beruházási költség megoszlása A bioetanol üzem és a biogáz üzem két modulja teszi ki a beruházás felét, a többi három modul adja a másik felét. A 6,5 millió eurós beruházási költség nem tartalmazza a projekt infrastrukturális és járulékos beruházásait, amelyek elsősorban a beruházás helyszínétől függenek.

152

4.11. Családi ház áramellátása napelemekkel Hálózatra kapcsolt fotovillamos rendszerek inverterének és fotovillamos áramtermelő generátorának méretezéséhez javasolt valamilyen számítógépes méretező program használata. A PV rendszer méretezése függ a földrajzi helytől, a rendelkezésre álló felülettől a tájolástól, valamint a helyszín árnyékolásától. Természetesen a beruházás nagyságának döntő szerepe van a méretezésben. A napelemek kiválasztását a névleges teljesítmény (Wp) és a modulok mérete határozza meg. Egyes esetekben a kedvelt cella típus és a gyártó fontos szerepet játszik a döntéshozatalban. Nagyobb modulok használatával a szerelési költségek csökkennek, de a hasznos tetőfelület korlátozó tényező lehet. A szükséges modulok előzetes száma meghatározható, ha a rendszer kívánt összteljesítményét elosztjuk a kiválasztott modulok névleges teljesítményével. Az inverter teljesítménye összhangban kell, hogy legyen a modul teljesítménnyel. A modul névleges teljesítménye (Wp) szabványos vizsgálati körülményekre (STC) vonatkozik, mivel ez a gyakorlatban ritkán fordul elő, az inverter teljesítményét általában kb. 10-20 % -al a névleges modul teljesítmény alá becslik. Az inverter méretezésénél el kell dönteni:

- egy, vagy több invertert kívánunk a rendszerben alkalmazni, - a füzérenkét összekapcsolható modulok számát, - a modulsor maximális teljesítményhez tartozó maximális és minimális feszültsége

az inverter bementi feszültségtartományán belül van-e, - az inverterenként kapcsolható modul füzérek számát, - a modul maximális kimeneti áramának illeszkedése az inverter maximális

bemeneti áramához.

A napelemek telepítésénél törekedni kell az árnyékolásmentes elhelyezésre, mivel az jelentősen, akár 30 %-al is csökkentheti a termelt energia mennyiséget. Ezért a tervezés szakaszában a telepítés helyszínén meg kell határozni az épületek vagy fák okozta esetleges árnyékolást. Majd az adatok alapján a méretező programokban elvégezhető az árnyékolás, rendszer teljesítményre gyakorolt hatásának elemzése. Az árnyékolás meghatározásához becslések szükségesek, ebből adódóan a szimuláció eredményét óvatosan kell kezelni. Az év során a napmagasság és a nappalok hosszának szezonális változása, valamint a téli és nyári időjárási körülmények miatt a beérkező napsugárzás mennyisége jelentősen változik. Régiónkban az éves napsugárzási energia 70 %-a a nyári félévben, áprilistól szeptemberig érkezik be. A napelem tájolása és dőlésszöge befolyásolja a rá eső sugárzási energia nagyságát. A napelem tájolásához a déli irány az optimális. A napelemek optimális dőlésszöge a fotovillamos rendszer üzemi körülményeitől függ. A hálózatra kapcsolt és a hálózat független rendszereket ebből a szempontból meg kell különböztetni. A hálózatra kapcsolt rendszereket általában a lehetséges maximális éves hozam elérésére optimalizálják. A fotovillamos rendszer által termelt energiát vagy közvetlenül felhasználják a fogyasztók, vagy a közüzemi hálózatba visszatáplálásra kerül. A tájolás és a dőlésszög a rendszer éves energia hozamát ugyan úgy befolyásolja, mint a

153

napelem felületére beeső napsugárzást. Az optimális dőlésszög 30 körül van, ami a nyári félévben beérkező nagyobb napsugárzási energia mennyiséghez igazodik. Hálózat független rendszerek esetén az üzemeltetésben a fő különbség a hálózatra kapcsolt rendszerekhez képest az energiatárolás miatt van. Az autonóm üzemű rendszereknek, egy adott időszakon belül, általában el kell érniük egy előre meghatározott szoláris hányadot. Így a rendszer méretezés időintervallumában, az alacsony napsugárzás intenzitású időszak a döntő. A napelemek optimális dőlésszöge ekkor, nem csak a napsugárzás jellemzőitől, hanem magától a rendszertől is függ. Nyári időszakban a tároló kapacitásnak nincs hatása az optimális napelem dőlésszögre. A nagyobb szoláris hányad kevésbé meredek dőlésszöget eredményez. A családi ház fotovillamos áramellátó rendszerének méretezéséhez további fontos szempont a villamos teljesítmény igényt pontos felmérése. Ez elsősorban hálózat független rendszer méretezésénél fontos. Ehhez számba kell venni a fogyasztókat, azok teljesítményét, az átlagos üzemidőt, az üzemelés gyakoriságát. Például korszerű hűtőgépeken, feltüntetik a napi energiafogyasztást. A teljesítmény igény felméréséhez kérdőív is alkalmazható, amin a felhasználó felsorolja a fogyasztók jellemző paramétereit. A fogyasztásra jellemző paraméterek a kérdőívhez viszonyítva a számítógépes méretező programokban sokkal részletesebben és pontosabban adhatók meg. A paraméterezést a programban előre definiált fogyasztók adatbázisa könnyíti, amelyből kiválaszthatók az adott háztartásban alkalmazott fogyasztók. A kiválasztott készülékekre jellemző műszaki, és a használat időtartamával és gyakoriságával összefüggő paraméterek, a példaként választott számítógépes programban az 4.11.1. ábrán látható ablakban, egyedileg adhatók meg.

4.11.1. ábra Egyedi fogyasztó (egy izzó) párbeszéd ablaka

154

A készülékek kiválasztását követően táblázatba foglalva látható az egyes készülékekre jellemző éves villamos energiafogyasztás, amelyet összegezve adódik az egész éves energia igény. A 4.11.2. ábrán példaként megadott fogyasztók esetén, az éves energia igény 2734 kWh, a napi órás teljesítmény maximuma 2,41 kW-ra adódott.

4.11.2. ábra Az egyedileg megadott készülékek listája A fogyasztók megadásánál, illetve a fogyasztási szerkezet kialakításánál célszerű mérlegelni az energia megtakarítási lehetőségeket. Kisméretű, hálózat független rendszerek esetén a teljes rendszerköltség 1 kWh-ra vetítve igen drága, megközelítőleg 1 - 5 EUR körül van. Az energia fogyasztás mérséklése közvetlenül csökkenti a rendszer beruházási költségét. A fogyasztók működését elemezve, azt átalakítva, a teljesítmény csúcsok csökkentésére kell törekedni. Villamos teljesítményigény csökkenés érhető el például, ha a mosógép vagy a mosogatógép közvetlenül a melegvízhálózatra csatlakozik, így a víz felfűtése nem villamos árammal történik. Ezzel csökkenthető a szükséges inverter teljesítmény. A kisebb inverter, alacsonyabb beruházási költséget eredményez. Nagyobb családi házaknál és vendégfogadókban, a villamos készülékek energia megtakarítási lehetőségeivel foglalkozó elemzések szerint a teljesítmény csúcs sok esetben 60 %-al, a teljes villamos energiafogyasztás pedig 40 %-al is csökkenthető, bármilyen komfort csökkenés nélkül.

155

4.12. Komposzt készítése kommunális szerves hulladékokból A telep kialakításának és méretezésének szempontjai (méret, kapacitás, anyagmozgatás, technológia stb.) A telepen évente kezelni kívánt 5000 t hulladék feldolgozásához szükséges kapacitás számításához figyelembe kell venni a kezelendő anyag térfogattömegét, amely ebben az esetben 0,3-0,7 t/m3. Előzetes felmérések alapján kijelenthetjük, hogy a kisebb térfogattömegű anyagok, mint a lomb és a nagyobb térfogattömegű anyagok, mint a fű, fanyesedék az évben 50-50 %-os megoszlásban kerülnek a komposztáló telepekre. Ez a térfogattömeg, illetve az anyagok megoszlási aránya meghatározza, hogy az egy évben beszállított biológiailag bomló hulladék mennyisége 10.000-12.000 m3/év. Ennek a biológiailag bomló hulladékmennyiségnek a kezelését a legegyszerűbben, a lehető legkisebb területen egy takart levegőztetett, számítógép által szabályozott komposztálási technológiával oldjuk meg. Ezen technológia lehetővé teszi, hogy a többi technológiához képest alacsony üzemeltetési költség mellett kis területen, minimális szagemisszióval, évszaktól függetlenül kezeljük egy adott település biológiailag bomló szervesanyagát. A technológia a Gore™ - Cover technológia. A technológia felépítése, működése Az éves szinten keletkező 10.000-12.000 m3/éves kapacitás kiszolgálásához a telepen ki kell alakítani 3 db 20 m hosszú, 8 m széles és 1,5m magas siló teret. A silótér kapacitása havonta egyenként 390 m3 biológiailag bomló hulladék kezelését teszi lehetővé 4 hetes intenzív érési ciklust alapul véve. A komposztálási folyamatban résztvevő aerob mikrobák számára elengedhetetlen a megfelelő mennyiségű oxigén jelenléte a kezelt anyagban. Ahhoz, hogy a komposztálási folyamat megfelelően menjen végbe, a komposztáló rendszer a prizmákba szúrt szondákon keresztül folyamatosan méri a kezelt anyagban lévő hőmérséklet- és oxigéntartalmat, és regisztrálja egy központi vezérlő számítógépen. Az aerob körülményeket a technológiához tartozó levegőztető ventilátorral biztosítjuk, amely a silótér szilárd burkolatába ágyazott levegőztető csatornákon keresztül juttatja a kezelt anyagba a megfelelő mennyiségű levegőt. A levegőztető ventilátor ki-, és bekapcsolását a már említett központi számítógép által mért oxigén adatok szabályozzák. A technológia részét képezi a 3 rétegű szemipermeábilis Gore™-Cover takaróanyag, amely tulajdonságai a következők:

Szagemisszió csökkentő hatás minimum 97 %

Mikrobák, spórák számára átjárhatatlan

Nedvességet csak vízgőz formájában engedi át

Jelentős hő visszatartó hatás A telep méretezése: Miután a telepméretezéséhez szükséges adatok a rendelkezésünkre állnak, meg lehet határozni a komposztáló tér szilárd burkolatának szükséges méretét. Előkezelő tér: 25m x 25m Meghatározza a havonta beérkező és feldolgozásra kerülő hulladék mennyisége (1000-1100 m3) Intenzív érési ciklus: 30m x 25m Meghatározza a Gore™ Cover technológia helyigénye (3 db 20 m-es siló)

156

Utókezelő-utóérlelő tér: 30m x 55m

4.12.1. ábra: Komposztáló telep

A telepen belüli anyagmozgatáshoz elegendő 1 db minimum 6 m emelési magasságú rakodógép, amely szükség szerint a napi anyagmozgatási feladatokat el tudja végezni, illetve a telepen lévő egyéb gépeket (aprítógép, keverőgép) megfelelően ki tudja szolgálni. Fontos szempont a komposzttelep kialakítása során, hogy a kész komposztunk ne érintkezzen fizikailag a beérkező biológiailag bomló nyersanyagokkal, amely esetlegesen visszafertőzhetné azt. Ennek elkerülése végett a komposztáló telep anyagárama a következő képen alakul. Előkezelő Intenzív érés (higienizáció) Utóérlelő Utókezelő. Így lehet biztosítani, hogy kész komposztunk minden esetben megőrizze az intenzív érés során elért higienizált állapotát. A szerves hulladék feldolgozásának folyamata A telepre beérkező szerves hulladék feldolgozása a mechanikai válogatással kezdődik. A válogatás során a biológiailag bomló hulladékból ki kell válogatni az idegen anyagokat. A hulladékot egy osztályozó gépbe behelyezve fajsúly alapján elkülönítjük a műanyagot,

157

fémleválasztóval leválasztjuk a fém jellegű idegen anyagokat. Miután ez megtörtént a biológiailag bomló hulladék egy kalapácsos aprító gépbe kerül, ami a komposztáláshoz megfelelő méretűre (5-15 cm) aprítja a kezelendő anyagot. Ezzel a folyamattal megnöveljük a lebontásban résztvevő mikrobák számára a felületet, illetve csökkentjük a kezelendő anyag térfogatát. Az aprítást követően a tisztán biológiailag bomló hulladék nedvességtartalmát megvizsgáljuk, és ha szükséges nedvesítéssel beállítjuk az optimális 40-60%-os nedvességtartalmat. Ügyelni kell a kezelendő anyag összetételénél, komposztálási folyamat során ideális 25/1-es C/N arány beállítására. Miután a keverék előkészítése megtörtént, három, egyenként 390m3 térfogatú silótérbe helyezzük 3 m magasan. Miután a silóteret feltöltöttük a silók hátfalán elhelyezett csévélő berendezésről a speciális Gore™-Cover ponyvát a silótérben elhelyezett kezelendő anyagra húzzuk és a silófal szélén rögzítjük azt. A számítógépes irányítástechnikai rendszer részét képező oxigén és hőmérséklet szondákat a takaróanyagon lévő szondanyílásokon keresztül a kezelt anyagba szúrjuk, és elindítjuk a vezérlő rendszert. A számítógépes irányítástechnikai rendszer az intenzív érés során, amely hozzávetőlegesen 4 hétig tart, folyamatosan méri és rögzíti a komposztálandó anyagban mért hőmérsékleti és oxigén értékeket. A levegőztető rendszer ezen mért adatok alapján a ventilátor ki- és bekapcsolásával biztosítja az aerob lebontási folyamatokban résztvevő mikroorganizmusok számára a legmegfelelőbb környezetet, miáltal a lehető legrövidebb idő alatt állíthatunk elő tökéletes minőségű végterméket, komposztot. A komposzt intenzív érési folyamatának a hőmérsékletváltozás alapján négy szakaszát különíthetjük el:

bevezető szakasz (lebontó mikroorganizmusok szaporodása, hőmérséklet növekedése néhány óra, vagy 1-2 nap)

lebomlási szakasz (mezofil mikroorganimusok (25-45 C0) lebontó tevékenysége során keletkező hő elősegíti a termofil mikrobák életterének kialakulását (45-75 C0)1-2 hét

átalakulási szakasz (1-2 hét, hőmérséklet csökkenése)

felépülési szakasz (utóérési ciklusra tehető - szervesanyagok humifikálódása)

4.12.2. ábra: Komposzt érési folyamata

158

Miután az intenzív érési ciklus végbement, a számítógépes irányítástechnikai rendszert leállítjuk, a mérőszondákat a kezelt anyagból kihúzzuk és a Gore™-Cover ponyvát a csévélő berendezéssel lecsévéljük a komposztról. A kész komposztot a silótérből kitermeljük rakodógéppel és az utóérlelő térre visszük. Az intenzív érés során a kezelt anyag térfogata 25-30%-kal csökken, tehát az utóérés során a kiindulási anyag térfogatának 70%-ával számolhatunk. Az utóérlelő téren a 2 hetes utóérési ciklus nyílt prizmákban történik. Az itt végbemenő utóérési folyamatok során az intenzív érés során esetlegesen visszamaradt, könnyen bomló szerves anyag lebomlik, amely további 5%-os térfogatcsökkenést biztosít, illetve komposztunk kémiai, fizikai, biológiai tulajdonságait jelentősen javítja. A két hetes utóérési ciklus leteltével a kész komposztot felhasználástól függően frakcionálhatjuk. A frakcionálás eszköze a rosta, amely lehet dobrosta és síkrosta. Európai gyakorlatban a komposztáló telepeken leginkább a dobrosta terjedt el.

4.12.3. A komposztálás munkaműveletei

A dobrosta dob palástjának lyuk méretével határozhatjuk meg a kész komposztunk finomságát, szemcseméretét. Általánosan a 20x20 mm-es lyuk mérettel rendelkező rostapalást alkalmazásával tudunk olyan szemcseméretű komposztot előállítani, amely bármilyen kiszerelésben eljuttatható a végfelhasználóhoz. A rostálás során a 20x20 mm-es rostán fent maradt nagyobb méretű anyagot, rostamaradékot, amelynek mennyisége az utóérlelt komposztunk ~30%-a, visszajuttatjuk a

159

komposztálási folyamat első fázisába, az előkezelő térre, ahol bekeverjük a kiindulási anyagba. A kész komposzt vizsgálatának lépései, módjai:

1. Mintavétel (50m3–ként ~2-3 kg minta, ezen reprezentatív minták homogén keverékéből alakítjuk ki a vizsgálandó anyagot.

2. Érzékszervi vizsgálat (szín, szaghatás, nedvességtartalom, idegen anyag tartalom) 3. Fizikai, kémiai tulajdonságok vizsgálata (önhevülés mérése, szerves szennyezők) 4. Növénytesztek (a komposzt növényekre gyakorolt hatásának vizsgálata)

Komposztok kiszerelése Miután a kész komposzt minőségileg megfelelt a vizsgálatokon, több módon juttathatjuk el a végfelhasználókhoz. Lehet kisebb kiszerelésben csomagolva (5-100 l) vagy nagyobb mennyiségben 1 m3–es kiszerelésben is. A csomagolásnál fontos szempont, hogy mindig olyan csomagolóanyagot használjunk, amely a levegő számára átjárható (többrétegű papírzsák, perforált műanyag zsák, stb.) így megelőzhetjük a becsomagolt komposztunk minőségi romlását, illetve nagyüzemi felhasználásra ömlesztve is átadhatjuk a felhasználónak. A telep létesítésének költségeit illetve a telep üzemeltetésével kapcsolatos adatokat az alábbi táblázatokban foglaltuk össze. 4.12.1. táblázat: A telep létesítésének költségei:

Évente beérkező hulladék 5000 t

Évente keletkezett komposzt

3800 t

Beruházási költségek

Ezer Euro

Aprítógép 140

rostagép 130

rakodógép 85

Gore™-Cover technológia 125

Telep kialakítása 230

Összesen 700

4.12.2. táblázat: Telep üzemeltetésével kapcsolatos költségek:

GORE-COVER technológia éves energia felhasználása

10500 kW

Rakodógép üzemanyag fogyasztása/év (gázolaj)

1300 l

Aprítógép üzemanyag fogyasztása/év (gázolaj)

2400 l

rostagép üzemanyag fogyasztása/év (gázolaj)

500 l

160

Hulladékhő hasznosítása A Gore™-Cover komposztálási technológiával történő komposztálás során nagy mennyiségű hő fejlődik. Ezen hőmennyiség hasznosítására a gyakorlatban még nem alakult ki üzemszerű technológia. A komposztálási technológia több lehetőséget is nyújt a keletkezett hő hasznosítására, ennek elméleti módjait az alábbiakban részletezzük. Az egyik megoldási lehetőség, hogy a komposztáló silók egymással közös támfalába az építés során 0,25 mm átmérőjű, kemény polietilén csőrendszert építünk több sorban. Ebben a komposztálás ideje alatt vizet keringetünk, amelyet a komposztálás során fejlődő hő felmelegít, ennek a hőnek a hasznosítása egy hőcserélő rendszeren keresztül oldható meg. Hátránya, hogy a polietilén csőben keringő hő vivő közeg (víz) prizmába belépő hőmérséklete nem lehet alacsony, ugyanis az lecsökkentené a komposztálandó anyagban lévő hőmérsékletet, így a biológiai lebontás folyamata lassabban menne végbe. A másik megoldás, hogy a GORE-COVER takaróanyag fölé egy levegő számára átjárhatatlan fóliát feszítünk. A GORE-COVER takaróanyag és a takarófólia között keletkező felmelegedett levegőt kiszivattyúzzuk, amelyet egy hőcserélőn keresztül víz munkaközegnek adjuk át. Hátránya, hogy a Gore-Cover membrán jelentős hővisszatartó képességgel rendelkezik, így az azon átjutó „hőmennyiség” nagyon csekély mértékben lenne hasznosítható. Mindkét technikai megoldásnál a keletkezett minimális hő hőcserélőn keresztül ugyan hasznosítható (temperáló fűtésre, fűtés kiegészítésre), azonban ezeknek technikai vonatkozásai még nem alakultak ki a magas költségű beruházás és a lassú megtérülés miatt.

161

5. KIEGÉSZÍTŐ TÁBLÁZATOK 5.1. táblázat: Tűzipellet szabványosított minőségi követelményei

5.2. táblázat: Különböző állatok biogáz termelési mutatói

162

5.3. táblázat: Biodízel szabvány előírásai és vizsgálati eljárásai

163

5.4. táblázat: EU-25-ök biodízel termelő kapacitása és biodízel termelése

164

5.5. táblázat: EU-25-ök etanol termelése

165

5.6. táblázat: Az EU- tagországok üzemanyag felhasználása 2004-ben

166

5.7. táblázat: Biodízel előállítási költségei az EU-25 országaiban

167

5.8. táblázat: Bioetanol előállítási költségei az EU-25 országaiban

168

6. FELHASZNÁLT IRODALOM SZILÁRD BIOMASSZA TÉMAKÖR 1. Barótfi I.: Mezőgazdasági melléktermékek tüzelése, Energetikai Szervezési

Számítástehnikai Tanácsadó Szolgálat, 1988 2. Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.: Leitfaden-Bioenergie im Gartenbau, 2006 3. Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.: Leitfaden-Bioenergie – Planing, Betrieb

und Wirtschaftlichkeit von Bioenergieanlagen, 2006 4. Fenyvesi L.- Hajdú J.: A magyarországi megújuló energiatermelés logisztikai

összefüggései, Tanulmány, Gödöllő, 2006 5. Fogarassy, Cs.: Logistic concept for energy crops. Hungarian Agricultural Engineering

11/98, Gödöllő p. 64-65., 1998 6. Fogarassy, C. -Kaposzta, J., -Nagy, H.: Externalitiy aggregation of the field of biomass

production. Engineering for Rural Development, 6th Scientific Conference, Latvia-Jelgava 2007

7. Fogarassy, Cs. - A. Lukacs - H. Nagy - A. Boday: Externalities and market failers in the waste management – connection with the different waste management charges. Waste- the Social Context Conference - Edmonton, Alberta, Canada, 2007

8. Fogarassy Cs.: Energianövények a szántóföldön, Európai Tanulmányok Központja, Gödöllő, 2001

9. Giber J.–Gönczi P.–Somosi L.–Szerdahelyi Gy.–Tombor A.–Varga T.–Braun A.– 10. Dobos G.:Az új Magyar energiapolitika tézisei a 2006-2030 évek közötti időszakra, 2005 11. Marosvölgyi B.: Faenergetika I-II., egyetemi jegyzet, NYME Sopron, 2005 12. Sjaak van Loo – Jaap Koppejan: Handbook of Biomass Combustion and Co-Firing, Twente

University Press, 2002 13. Vajda Gy.: Energetika I-II., Akadémiai Kiadó, Budapest, 1984

NAPENERGIA TÉMAKÖR 14. Clinkaert, M., Laschinski, J., Wollny, M. (2004): Power Inverters for Photovoltaic

Systems, Sma Regelsysteme Gmbh, In: Photovoltaic Training Courses for Candidate Countries, Vol. 1, Module G

15. Fiorentini Hungary Kft.: Test of Skv-3 Solar Collector (In: Hungarian), Extract Form The Test Report of Tüv Süddeutchland 28601231-1, 1 P.

16. Imre L., Varga P. (1997): Active Thermal Utilization of Solar Energy, Educational Aid and Practical Guide (In: Hungarian), Hungarian Solar Energy Society, 44. P. Available From The Department Of Physics And Process Control, Szent István University.

17. International Energy Agency Solar Heating And Cooling Programme (2004): Recommendation: Converting Solar Thermal Collector Area Into Installed Capacity (M2 To Kwth), Http://Www.Iea-Shc.Org

18. Naplopó Kft. (2003): Tender Documentation For The Installation Of The Solar Energy Utilization System Of Kékduna Welness Hotel (In: Hungarian), Budapest, 23 P.

19. Pálfy M. (2000): Photovoltaic Power Supply Systems, Educational Aid And Practical Guide For Installation Of Photovoltaic Devices (In: Hungarian), Hungarian Solar Energy Society, 62. P. Available From The Department Of Physics And Process Control, Szent István University.

169

20. Peuser, F. A., Remmers, K-H., Schnauss, M. (2002): Solar Thermal Systems, Successful Planning And Construction, Solarpraxis, Berlin

21. Quaschning, V. (2006): Photovoltaic Systems, Renewable Energy World, Vol. 9, No. 5, P. 143-148.

22. Räuber, A. (2004): Solar Cell Technologies And Their Properties, Pse Projektgesellschaft Solare Energiesysteme Gmbh, In: Photovoltaic Training Courses For Candidate Countries, Vol. 1, Module G

23. Roth, W. (2004): General concepts of photovoltaic power supply systems, Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE, In: Photovoltaic training courses for candidate countries, Vol. 1, Module G

24. Valentin, G. (2005): User manual for PV*SOL version 2.5, Valentin Energie Software GmbH

25. Wagner & Co Solartechnik (2003): EURO-C20 HTF/AR Sonnenkollektor, 2 p. http://www.wagner-solartechnik.de

BIOGÁZ ÉS FOLYÉKONY BIOÜZEMANYAG TÉMAKÖR 26. Bai. A. – Lakner Z. Marosvölgyi. – Nábrándi A.: A biomassza felhasználása. 232 p.

Budapest. 2002. 27. Bai A.: a biogáz előállítása – Jelen és jövő. 245 p. Budapest 2005. 28. B. Eder – F. Eder: A növényolaj mint hajtóanyag. 105 p. Budapest 2005. 29. Fogarassy C. - Tóth L. - Schrempf N. - Tóth N.: Biogáz termelés és felhasználás műszaki –

gazdaságossági kérdései. MTA Agrárműszaki Bizottság XXXII. Kutatási és Fejlesztési Tanácskozás, 2008

30. Fogarassy, Cs.: Olajnövényeink energetikai termesztésének termőhelyi összefüggései. Mezőgazdasági Technika, Budapest ser. XXXX. p. 24-26.

31. Fogarassy, Cs.: Rationalisation of production structure of plow-land energy crops in Hungary. Die Bodenkultur - Austrian Journal of Agricultural Research. 52. Band, 2001

32. Fogarassy, Cs. (1998) Logistic concept for energy crops. Hungarian Agricultural Engineering 11/98, Gödöllő p. 64-65.

33. Hancsók J. Alternatív motorhajtóanyagok. 435 p. Veszprém 2004. SZÉLENERGIA HASZNOSÍTÁS TÉMAKÖR 34. Austrian Wind Power GmbH., Thomas Alva Edison - Straße 1, A-7000 Eisenstadt,

http://www.windpark.at/de/index_de.htm 35. ENERCON GmbH., AURICH, Dornumer Straße 20, D-26607 Aurich,

http://www.enercon.de/de/_home.htm 36. Környezetvédelmi és Vízügyi Minisztérium, www.kvvm.hu, (Ministry of Environment

Protection and Waters) 37. Magyar Villamos Művek ZRt., www.mvm.hu, Hungarian Electric Power Works Co.

adatbázis 38. Patay, I.: A szélenergia hasznosítása, Utilization of the wind energy) Szaktudás Kiadó Ház,

Budapest, 2003 39. Tóth – Horváth (2003): Alternatív energia, (Alternative energies), Szaktudás Kiadó Ház,

Budapest

170

40. Vestas Wind Systems A/S, Alsvej 21, DK-8900 Randers, Denmark http://www.vestas.com/vestas/global/en/

41. http://www.bioenergyinternational.com/ 42. http://www.itebe.org 43. http://www.eubionet.net 44. http://www.ieabioenergy.com/Index.aspx 45. http://www.det.csiro.au/cgi-bin/bfb-search/#results 46. http://www.reka.com 47. http://epp.eurostat.ec.europa.eu 48. www.ksh.hu

GEOTERMÁLIS ENERGIAFORRÁSOK TÉMAKÖR 49. Hajdú György:A hőszivattyú a jövő energiaforrása http://www.inco.hu/ 50. Stumphauser Tamás, Dr. Csiszár Antal: Energiahatékonysági kézikönyv ház és

lakástulajdonosok részére http://www.reak.hu/ 51. Független Ökológiai Központ adatbázisa http://www.foek.hu/ 52. Megújuló energiák, hőszivattyú http://www.kekenergia.hu/

171

OBEKK ZRT.

Az ORSZÁGOS BIOENERGETKAI KOMPETENCIA KÖZPONT Zrt. támogatásával készült kiadvány