En bra kvalité på råvaran för förgasning av biomassa - Ulf-Peter Granö 2013 SE

7/27/2019 En bra kvalit p rvaran fr frgasning av biomassa - Ulf-Peter Gran 2013 SE

1/22

1

En bra kvalit p rvaran frfrgasning av biomassa

Ulf-Peter Gran

2013


2/22

2

En bra kvalit p rvaran frfrgasning av biomassa

Fr bra kvalit p slutprodukterna ska ocks bioenergirvaran som tas fram

ur skogen, hlla hg kvalit i alla delarna av en fungerande hanteringskedjafr hanteringen av rvaran.

Ulf-Peter Gran

Karleby/Kokkola 2013


3/22

3

Innehllsfrteckning

Sida

Inledning 5

Rvarans kvalit viktig vid frgasning 6

Maskinell skrd och naturlig torkning 6

Flisning av r flis 7

Torkning av r flis 7

Eftertorkning av flttorkad flis 8

Kvalitetsflis krver kvalit i arbetet i hela hanteringskedjan 8Ngra allmnna tumregler 9

Flisning 10

Transport 10

Logistik och eftertorkning 10

Lagring av torkad flis 11

En effektiv flttorkning 11

Exempel p Logistik fr biomassan 11

Biomassa frn gallringar 12

Naturlig torkning 13

Utrustning fr snderdelning av biomassa 14

Mindre eller strre entreprenrer 14

Eftertorkning av skogsflis fr frgasning 16

Nyttja den naturliga torkningen 16

Sm kraftvrmeverk fr biomassa 17

Teknologin fr sm CHP enheter 18

ORC enheter tillverkas i Europa 18

Stirling motorer frmst i sm anlggningar 19


4/22

4

Sida

Mikroturbin 19

Frdelarna med Mikroturbinen r bl.a. att de, 19

IC-motorer (gasmotorer) 20

I framtiden kommer brnsleceller fr Bio-Syngas 21

Mnga olika utvecklingsmjligheter 21

References 22


5/22

5

En bra kvalit p rvaran fr frgasning av biomassa

Inledning

Forskning och uppfljning av smskalig produktion och frdling av biomassa fr lokala

och regionala konsumenter r en viktig del i kvalitativt utvecklingsarbete. Med smskaliga

lsningar frbttras frutsttningarna att skapa arbete fr landsbygdens arbetskraft inom

energiproduktion och frdling. Aktiva smfretag och energikooperativ behvs fr skrd,

hantering och frdling av de lokala energirvarorna fr lokala och regionala frbrukare.

Fr att lyckas med att producera en hg kvalit av slutprodukter finns en del saker man br

tnka p och beakta i hela frdlingskedjan;

- Vlj bra kvalit p rvaran fr att f lga barkmngder

- Nyttja den naturliga torkningen p rtt stt fr att spara torkningskostnaderna

- Anvnd en robust utrustning som kan ge en hg kvalit p flisrvaran

- Integrera verksamheten med t.ex. frgasning av biomassa och en smskalig CHP enhet

- Nyttja samarbeta med ett lokalt energikooperativ och fretagare

- Satsa utgende frn nromrdet och nrregionens konsumenter

Genom en lmplig kombination och en bra tillmpning kan man i frdlingen n en hgre

nyttjande grad av rvaran och sidoprodukterna. Det bidrar till att avfall och outnyttjade

sidoprodukter samtidigt ocks kan minska p miljbelastningen.

Bild 1. Jmn och bra trflis. Ojmn och dlig trflis.


6/22

6

Rvarans kvalit viktig vid frgasning

Det finns idag ett mrkbart kat intresse fr att f bsta mjliga kvalit p trflisen som ska

vidarefrdlas, och det krver att det i varje hanterings- och processkede grs bsta mjliga

insatser. Kvalitetsarbetet brjar i skogen.

Det finns ett par olika basmetoder fr hantering av kvalitets energirvara frn skogen.

1. Hantering som r flis, flisning av en frsk kvistad rvara intill en skogsbilvg.

2. Hantering som kvistad trrvara, och flisning efter en naturlig torkning i flt.

Maskinell skrd och naturlig torkning

Vid skrd av energirvara anvnds maskinell utrustning, och ofta med MTH-aggregat eller

flertrdsfunktion. (MTH=Multi-tree handling)

En vgutrustning till ett energiskrdeaggregat kan underltta berkningen av den skrdade

mngden energived. Med en vg som r kranspetsmonterad kan man ha ett alternativ fr

bestmning av mngden energived som skrdas eller krs ut med en drivare. Vgutrust-

ningen kan ocks vara monterad p ramen till en skotare eller drivare.

Bild 2. MTH-aggregat som gruppkvistar. Bild,John Deere Forestry AB (www.deere.se)


7/22

7

Flisning av r flis

Hanteringskedja som byggs upp fr att flisa r flis stller stora krav p att rvaran anvnds

inom en begrnsad tid, speciellt under den varma rstiden. Mikroorganismerna stter direkt

igng sin nedbrytningsprocess, som medfr en temperaturstigning, en ojmn uppfuktning

och rikligt med mgeldamm.

Fr tillverkning av kvalitetsflis ska kvistar och grndelar lmnas kvar i skogen. Efter

flisningen br materialet kunna torkas i en effektiv tork fr att drefter mellanlagras under

tak innan flisen gr till vidarefrdling.

Torkning av r flis

Torkning av r trflis direkt efter skrd, nr fukthalten r mellan 4555 %, betyder att en

mycket stor mngd vatten ska avlgsnas fr att komma ner till en fukthalt under 15 % - 25 %

som mnga av frgasningsanlggningarna krver. Det finns mnga olika typer av flistorkar

finns att vlja p, bra alternativ fr en bttre torkningskvalit kan vara t.ex. en roterande

trumtork, silotork, torntork eller bandtork.

Bild 3. En kranspetsmonterad vg fr vgning av energived


8/22

8

Eftertorkning av flttorkad flis

Efter flisningen av den naturligt torkade energiveden i flt r fukthalten ofta mellan 25-40 %.

Drfr behvs en eftertorkning fr att n en fukthalt under 15 -20 % vara rtt utformad.

Fr att kunna n en vattenhalt under 20 % br ngon form av frvrmd luft anvndas. Det

krvs en effektiv tork som kan nyttja spillvrme fr att hlla torkkostnaderna nere. Fr en

mindre flisproducent betyder det ofta att torkanlggningen byggs i anslutning till en lokal

fjrr- eller nrvrmeanlggning.

Kvalitetsflis krver kvalit i arbetet i hela hanteringskedjan

Fr att uppn och kunna bibehlla en tillrckligt hg kvalit p energirvaran fr en hg

kvalit p flisen mste de olika arbetena i hanteringen, frn skrd till vidarefrdling, utfras

p ett tillrckligt bra stt.

Kvalitn p energirvaran som nr frdlingsanlggningen pverkas av, frutom av kvalitn

p skogsrvaran, kvalitn i arbetet i de olika delarna i hanteringskedjan.

Bild 4. En naturlig torkning i flt p en ppen plats och i en engivedshg som tcks innan hstregnen brjar.


9/22

9

Ngra allmnna tumregler

Fr hantering av energirvara till vidarefrdling kan ngra vanliga tumregler vara;

- Undvik att energirvaran smutsas ner av jord och damm och andra froreningar vid skrd

och transport- Avlgsna nringsrika grna delar vid skrd

- Skilj t olika kvaliter av rvaror i ett tidigt skede

- Vlj bra plats fr den naturliga torkningen och lagringen, dr nedsmutsning kan undvikas

och torkningen kan ske p bsta stt

- Tck hgarna med energirvaran fr naturlig torkning innan hstregnen

- Undvik att gra stora mngder fuktig trflis fr lngtidslagring, i fuktig flis startar ltt

mgelbildningen och nedbrytningen av energin dessutom sprids mgelsporer ltt iomgivningen

- Minimera risken fr mgelbildning i fuktig flis genom att i ett tidigt skede starta

eftertorkningen

- Skydda torkad energirvara frn nederbrd genom lagring under tak

- Minimera mjligheterna fr att markfukten ska kunna uppfukta en torkad flisrvara

En vl frberedd lagringsplats ger goda frutsttningar fr en bra torkning av energiveden.

Bild 5. MTH kvistad glasbjrk ger en mycket bra energirvara fr kvalitet flis .


10/22

10

Flisning

En bra hantering av energirvaran vid flisningen stller krav p fraren om stor noggrannhet

och att flisningsutrustningen ger en bra snderdelning med en bra fliskvalit. Material av

tveksam eller undermlig kvalit ska sorteras bort innan flisningen.

TransportTransporten av energirvaran frn skogen till lagringsplats fr flttorkning, samt flyttning av

flis frn platsen fr flisningen till flislagret och eftertorkningen, mste ske utan inblandning

av froreningar. Inblandning med jord sker ltt med lastutrustningen och frn traktordck.

Logistik och eftertorkning

I en vlplanerad logistik fr inlggning och uttag frn torken underlttar en bra hantering. En

eftertorkning som kan ske med sm energifrluster och med en jmn slutfukthalt i flisen, ger

samtidigt en hgre kvalit p den torra flisen.

Bild 6. En strre traktordriven flishugg som skts av en van entreprenr ger ofta en bttre fliskvalit.


11/22

11

Lagring av torkad flis

Efter att trflisen har torkats mste den lagras torrt under tak, utan att vatten kan trnga in ilagerutrymmet. Sker torkningen i satser behvs ett strre buffertlager innan inmatningen i

anlggningen fr vidarefrdling.

En effektiv flttorkning

Erfarenheter och kunskaper visar att man kan n en fukthalt p ner till 25-30 % med rtt sm

merinsatser. Ngra tumregler r,- Vlj en ppen och luftig torknings- och lagringsplats

- Ordna tillrckligt kraftiga underlgg till hgen med energived

- Tck hgen innan hstregnen stter in

- Nyttja torkningsvdret under en sommarssong

- Undvik att f sn och vatten in i hgen vid uttag och flisning

- verrigt rmaterial br brnnas som flis, inte anvndas fr vidarefrdling

Exempel p Logistik fr biomassan

Fr att biomassa ska vara tillgnglig vid frgasningen av trflis, krvs att logistiken och

hanteringskedjan fungerar. Logistiken r beroende p vilken typ och kvalit av rvara som

man ska anvnda. Tumregeln som ofta anvnds r att desto homogenare och renare rvaran

desto enklare blir reningsprocessen efter frgasningen.

Utgngslget r ofta tillgngligheten p rvaran och vad produktgasen eller Bio-SNG (Bio-

Syngas) ska anvndas till. Ska den producerade gasen direkt frbrnnas i en lokal CHP-enhet

(kraftvrmeverk) stlls ofta rtt lga krav p produktgasens renhet. Fr annan anvndning

kar kraven.

Skrd, hantering och frbehandling eller processning av biomassa frn skogen kan ske p

mnga olika stt, helt beroende p vem som r sljare och kpare. Den strsta skillnaden i

hanteringskedjan ser man ofta om det r frga om en stor kund, ett kraftvrmeverk, eller enlokal kund som ett energi kooperativ (andelslag).


12/22

12

Fr en smskalig frgasning p landsbygden, r det i frsta hand frga om att kunna

kombinera frgasningsanlggningen med den lokala CHP-enheten. Detta fr att nyttja Bio-

syngasen frn frgasningen fr att producera bde vrme och el. Beroende p typ av

frgasningsanlggning, kan det behvas mera eller mindre frtorkning av biomassan frrnden kan finfrdelas och anvndas fr frgasning.

Biomassa frn gallringar

Utrustning fr skrd och hantering av biomassa frn gallringar anvnder ofta ngot mindre

maskiner och utrustning, n fr slutavverkningar dr virket r grvre och en stor andel

stocktrd finns med.

Bild 7. En frenklad versiktsbild ver vilka vgar biomassan kan ta frn, energiskog, gallringar eller

slutavverkningar. Valen r mnga och anvndningsmjligheterna och konkurrensen om biomassan kar.


13/22

13

Kvalitn p biomassa rvaran frsmras snabbt om svampar, bakterier och insekter ges

mjlighet att snabbt frka sig under lagringen. Man kan minska risken fr nedbrytning

genom en frtorkning som ordnas p rtt stt.

Naturlig torkning

En naturlig lufttorkning r det frmnligaste alternativet fr att bli av med den hgsta

fuktigheten i rvaran.

Bild 8. Hr finns ett par exempel p maskiner och utrustning i maskinkedjan.


14/22

14

Genom tckning innan hstregnen startar kan man f ett torrare material och n minst 5 %

enheter lgre fuktighet i energirvaran, jmfrt med en hg utan tckning.

Utrustning fr snderdelning av biomassaFr att anvnda biomassan frn skogen i mindre vrmeanlggningar eller mindre CHP

enheter ska materialet vara snderdelat. Ofta anvnds trdbrnslet i form av flis.

Mindre eller strre entreprenrer

Utvecklingen p landsbygden har visat att olika maskintjnster allt oftare verlmnas att

utfrs av entreprenrer. Detta gller ocks i en allt strre utstrckning mekaniska skogs-

arbeten. Skrd och transport av gagn och energivirke, GROT-buntning, flishuggning, mm.

grs av mindre eller strre entreprenrer. De mindre entreprenrerna r ofta lokala enmans-

fretagare.

Bild 9. En vl utfr tckning av energirvaran ger en torrare slutprodukt. Beroende p frutsttningarna kan

fukthalten i rvaran fs ner till och mel under 30 % vh (vattenhalt).


15/22

15

.Bild 10. En grov versikt ver ngra alternativa vgar fr biomassa frn skogen via snderdelning och frdling.

Tills bioenergin r i form av vrme eller el och vrme. Alternativt som biobrnsle eller som kemiska

rvaror

Bild 11. Exempel p skillnaden mellan mindre och strre entreprenrer. Stora entreprenrer har ofta

flisutrustning med kapaciteter p ver 150 m3/h. Stora mobila krossar anvnds frmst i anslutning till

stora kraftvrmeverk fr t.ex. Krossning av stubbar eller rivningsvirke.


16/22


17/22

17

Den smsta perioden r de regniga hstarna nr luftfuktigheten r hg, d sker ofta en

uppfuktning. Speciellt om hgen med energirvaran har lmnats utan tckning, d frloras

ltt flera procentenheter i en hgre fukthalt. Fr tckning anvnds olika typer av material, allt

frn presenningar som kan anvndas under flera r, till tckmaterial av kraftpapper som r av

en gngs natur att det kan matas in i flishuggen vid flisningen.

Frsk har visat att en vl utfrd tckning av energirvaran gr att fukthalten kan vara

mellan 5-10 procentenheter lgre jmfrt med material utan tckning. En tckt energirvara

utan tckning kan efter torkningen ha en fukthalt p 35-45 %, medan en tckt rvara efter

samma torkperiod har en fukthalt p 30-35 %. Vid optimala lagrings- och tcknings-

frhllanden kan fukthalten fs under 30 % i energirvaran.

Sm kraftvrmeverk fr biomassa

Teknologin fr sm kraftvrmeverk (CHP) r just nu under en snabb utveckling. Att anvnda

bioenergi frn skogen som energiklla i olika typer av sm och medelstora kraftvrmeverk ridag fullt mjligt. Basbrnslet kan vara i form av trflis eller pellets.

Bild 13. En grov versikt ver olika typer torkar fr smskalig torkning och mindre entreprenrer ellerenergikooperativ (energiandelslag).


18/22

18

Intresset fr sm kraftvrmeverk som anvnder biobrnsle r stort i centrala Europa. Med

sm CHP enheter avses nrmast de i storleken mellan 30 - 500 kWe (kWe = kW el).

Utvecklingen av sm CHP anlggningar sker utgende frn flera principer, ngra ska kort

visas hr.

Teknologin fr sm CHP enheter

De sm- och medelstora enheternas teknologi fr kraftvrmeproduktion bygger frmst p,

o ORC teknik

o Stirling motorer

o IC motorer (gasmotorer) - krver frgasning av biomassan

o Mikro turbiner - krver frgasning av biomassan

o Brnsleceller - krver frgasning av biomassan

ORC enheter tillverkas i Europa (ORC=Organic Rankine Cycle)

Bland de ledande tillverkarna r italienska Turboden som har arbetat med ORC system fr

mindre kraftvrmeverk de senaste 30 ren. Det har redan byggt ca 250 enheter i Mellan-

Europa och flera byggs. Storleken p Turbodens enheter ligger mellan 200 kWe2,5 MWe.

Bild 14. Turboden ORC anlggning r fabriksmonterat p plattformar som vid monteringen i CHP anlgg-

ningen kopplas ihop, och till vrmepannan. Turbodens ORC enheter r mellan 0,2

2,5 MWe.Anlggningen p bilden finns i Toholampi, Finland och r p 1,3 MWe. Bild, Turboden.it


19/22

19

Stirling motorer frmst i sm anlggningar

Som exempel p utvecklingen av Stirling motorer, sker det i storlekar mellan 9 - 75 kWe.

Dessa r avsedda fr vrmepannor i storlekar som r mellan 100 - 800 kW. Fr att vrme-

verfringen till Stirling motorns vrmepanel ska fungera effektivt br vrmepannan

anvnda ett frgasat biobrnsle. Sotbildningen blir lg jmfrt med flisfrbrnning.

Mikroturbin

Utvecklingen av gasdrivna Mikroturbiner fr biobrnsle har tagit fart under de senaste ren.

Olika storlek finns i anvndning sedan lnge fr naturgas, speciellt p avlgsna platser dr

inte elstrm finns. ISET i Tyskland har utvecklingsprojekt kring Capstones Mikroturbin i

storlekar, 30-500 kWe.

Frdelarna med Mikroturbinen r bl.a. att de,

r kompakta och enkla i utfrandet

har lga underhllskostnader

har en lg ljudniv

r enkla att placera, behver inget kraftigt fundament

Bio- och trgaser som ska anvndas i Mikroturbinen mste ha renats frn bl.a. fukt och vara

komprimerad. Mikroturbinen tl svavelvte (H2S) bttre n kolvmotorer.

Bild 15. Stirling motor p 35 kWe, innan

monteringen, vrmepanelen r synligp cylindertoppen.

Bild, Stirling.dk


20/22

20

IC-motorer (gasmotorer)

Stora IC-motorer fr naturgas har lnge varit i drift fr elproduktion, ocks som reserv-

aggregat vid bl.a. sjukhus.Sm CHP enheter med kolvmotorer som drivs med naturgas eller biogas har anvnts i flera

omrden dr elstrm annars inte finns.

Anpassningen av flera olika typer av IC-motorer fr bio- och trgasdrift r idag mjligt.

Bild 16. Mikroturbin med generator frn

Capstone, som kan drivas med

renad biogas eller trgas.

Mikroturbinenhetens storlek r

ofta under 200 kWe.

Bild, Capstoneturbine.com

Bild 17.IC-motor (gasmotor)

Exempel p en kolvmotor i en

CHP enhet. En tjugocylindrig

Jenbacher gasmotor.

Foto, ge-energy.com (Jenbacher)


21/22

21

I framtiden kommer brnsleceller fr Bio-Syngas

Bio-syngas frn frgasat trdbrnsle kan i en nra framtid anvndas som brnsle i CHP

enheter med brnsleceller. Fretaget MTU CFC solutions GmbH i Tyskland tillverkar

brnsleceller som kan anvnda bio- och trgas efter rening. CHP enheter i storlekar kring250 kWe finns redan i drift.

Mnga olika utvecklingsmjligheter

Smskalig frdling av biomassa kommer att fortstta utvecklas p mnga olika stt. Att

frdla bioenergirvaran nra dr den finns fr de lokala och regionala kunderna r

utgngslget fr smskalig frdling.

Desto bttre samarbete man kan uppn mellan olika lokala aktrer, t.ex. inom ett

energikooperativ, ju lttare kan man n de gemensamt uppstllda frdlingsmlen. En

lmplig inkrsport kan vara att brja med en lokal vrmeenhet fr ngra grdar, fretag,

skolor, nrvrme i ttorten, osv. Nsta steg kan vara att ocks producera el samt integrera

med annan frdlingsverksamhet fr biomassa.

Utgngslget ska alltid vara att efterstrva en bra kvalit p bioenergirvaran som tas fram ur

skogen. Biomassa av lgre kvalit som Grot kan med frdel verlmnas till stora frbrukare

med anpassade vrmepannor fr bark- och smkvistrikt material, samt ocks har en

fungerade rkgasrening.

Genom en smskalig frgasning av biomassa r det i framtiden mjligt att ocks producera

rvaror i gas eller flytande form fr brnsle och den kemiska industrin fr vidarefrdling.

Fr bra kvalit p slutprodukterna ska ocks bioenergirvaran som tas fram ur skogen, hlla

hg kvalit i alla delarna av en fungerande hanteringskedja fr hanteringen av rvaran.

Bild 18. Montering av ett Brnsle-

cellpaket pgr i MTUCFCs fabrik i Tyskland

Bild, www.mtu-online.com


22/22

22

References

Bain, R. Overend, R., Craig, K. Biomass-Fired Power Generation, National Renewable Energy Laboratory,

Golden CO, 1996.

Craig K., Mann M., Cost and Performance Analysis of Three Integrated Biomass Combined Cycle

Power Systems, National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO, 2002.

Gran U-P., Utlokaliserad energiproduktion, Frgasning av biomassa, Scribd.com 2010.

Gran U-P., CHP - Grn Kemi - Bioenergi frn skogen, Scribd.com 2010

Gran U-P., Nyttja bioenergin frn skogen, Scribd.com 2008.

H.A.M. Knoef, Handbook on Biomass Gasification, BTG biomass technology group B.V. Enschede,

The Netherlands, 2005

Johansson T. B., Kelly H. , Reddy A. K. N., Williams R. H.. Renewable Energy, Sources for fuels and

electricity. ISBN 1-55963-139-2

Laitila J. & Asikainen A. Koneellinen energiapuun korjuu harvennusmetsist. PuuEnergia 3/2002: 89.,

2002.

Bild 19. Frn biomassa av hg kvalit fs ocks lttare slutprodukter med hg kvalit.

Documents

En bra kvalité på råvaran för förgasning av biomassa - Ulf-Peter Granö 2013 SE