Republika Srbija Autonomna pokrajina Vojvodina Pokrajinski sekretarijat za energetiku i mineralne sirovine

Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehnikih nauka Novi Sad

STUDIJA MOGUNOSTI KOMBINOVANE PROIZVODNJE ELEKTRINE I TOPLOTNE ENERGIJE IZ BIOMASE

Novi Sad, februara 2008.

Izradu Studije finansirao je Pokrajinski sekretarijat za energetiku i mineralne sirovine Autonomne Pokrajine Vojvodine Studiju je realizovao tim u sastavu Prof. dr Milan Martnov, rukovodilac Mr ore atkov Prof. dr Gordan Dragutinovi Prof. dr Miladin Brki Prof. dr Ivan Peenjanski Doc. dr Branislav Veselinov Mr Ferenc Ki Stanica Milojevi Veselinov, dipl. in. Prof. dr Milo Tei Mr Damir akovi Lektor: Radmila Brki

2

SADRAJ

1. MOTIVACIJA I CILJEVI 2. KARAKTERISTIKE I ZRELOST TEHNIKIH REENJA ZA KOGENERACIJU BIOMASE2.1 Parno-turbinska postrojenja 2.2 Vijani parni motor 2.3 ORC (Organic Rankine Cycle) proces 2.4 Stirling motor 2.5 Toplovazdune turbine 2.6 Motori na biljna ulja kao deo postrojenja za kogeneraciju 2.7 Gasni motor 2.8 Gasni motor sa samopaljenjem 2.9 Gasna turbina 2.10 Mikroturbine 2.11 Gorive elije 2.12 Trigeneracija 2.13 Zakljuna razmatranja o karakteristikama i zrelosti reenja

5 88 10 11 14 17 18 20 22

24 26 28 31 33 3737 40 46

3. ISKUSTVA U ZEMLJAMA EU I OKRUENJA3.1 Podloge za primenu biomase za kogeneraciju u EU 3.2 Primeri podsticajnih mera u pojedinim zemljama EU i okolini 3.3 Primeri primene biomase za kogeneraciju

4. EKONOMSKI POKAZATELJI PRIMENE BIOMASE ZA KOGENERACIJU4.1 Cena postrojenja 4.2 Cena goriva 4.3 Angaovanje postrojenja u toku godine i iskorienje toplotne energije 4.4 Trokovi rada postrojenja 4.5 Stepen korisnosti, elektrini, termiki, ukupni 4.6 Cena elektrine i toplotne energije

5252 54 56 58 58 58

5. POTENCIJALI BIOMASE ZA KOGENERACIJU U VOJVODINI5.1 vrsta biomasa 5.1.1 Ostaci poljoprivredne proizvodnje 5.1.2 Ostaci iz umarstva i brzorastue ume 5.1.3 Ostaci prerade 5.2 Tena biomasa 5.3 Gasovita biomasa biogas 5.4 Ogranienja i barijere 5.5 Potencijali biomase za kogeneraciju 5.5.1 vrsta biomasa 5.5.2 Tena biomasa 5.5.3 Gasovita biomasa, biogas 5.5.4 Ukupni potencijali

6060 60 66 67 67 68 69 70 70 72 72 73 3

6. PERSPEKTIVE PRIMENE BIOMASE ZA KOGENERACIJU6.1 Primena u tehnoloke svrhe 6.1.1 Sojaprotein, Beej 6.1.2 ZZ Bag&Deko, Bako Gradite 6.1.3 Uljara Dijamant, Zrenjanin 6.1.4 Proizvodnja semenskog kukuruza 6.1.5 Drvopreraivaka industrija 6.1.6 Proizvodnja sirkovih metli 6.2 Grejanje 6.2.1 Parnoturbinsko postrojenje 6.2.2 PK Mitrosrem, farma svinja u Velikim Radincima 6.3 Diskusija 7. POTENCIJALNI PODSTICAJNI FONDOVI 7.1. Karbon kredit 7.2. Podsticajni fondovi Evropske unije 7.2.1. Pretpristupni fondovi 7.2.2 Fondovi EU za istraivanje, razvoj i podrku 7.3. Fondovi u Srbiji 7.3.1 Investicioni fondovi 7.3.2 Fondovi za istraivanje, razvoj i podrku 7.4 Ostali inostrani fondovi 8. ZAKLJUCI REFERENCE PRILOZI 1. Prezentacija na skupu: NOVI I OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE I ENERGETSKA EFIKASNOST KAO PREDUSLOV ODRIVOG RAZVOJA AP VOJVODINE, Novi Sad, 6-9. novembra 2007. 2. Rad za Reviju agronmska saznanja: Martinov, M, atkov, , Veselinov, B, i S. Boji: Kombinovana proizvodnja elektrine i toplotne energije iz biomase.

7475 75 80 84 85 86 86 87 89 92 96 97 97 98 98 99 100 100 101 101 102 106

4

1. MOTIVACIJA I CILJEVITA JE KOGENERACIJA?Kogeneracija je pojam koji oznaava kombinovanu proizvodnju elektrine i toplotne energije. Ukoliko se toplotna energija apsorpcionim ureajima koristi i za hlaenje, na primer, u letnjim mesecima, to se naziva trigeneracija. Uvoenjem mogunosti hlaenja proiruje se broj asova angaovanja u toku godine, te potencijalno doprinosi ostvarenju povoljnijih ekonomskih efekata. Kogeneracija se na engleskom govornom podruju najee naziva Combined Heat and Power, skraenica CHP. Na nemakom govornom podruju naziv je Kraft-Wrme Kopplung, KWK. Ukoliko je re o manjem kompaktnom postrojenju, pre svega, pri korienju tenog ili gasovitog goriva, koristi se i naziv BlockHeizKraftWerke, BHKW. Kod nas se koristi i skraenica KPETE, postrojenje za kombinovanu proizvodnju elektrine i toplotne energije, odnosno SPETE, spregnuta proizvodnja elektrine i toplotne energije. Poznato je da kombinovanom proizvodnjom elektrine i toplotne energije moe da se povea ukupni stepen korisnosti, koji u nekim sluajevima dostie i preko 85%. Savremeni kotlovi, na primer na prirodni gas, takoe dostiu stepen korisnosti i preko 90%. S druge strane, pri proizvodnji elektrine energije stepen korisnosti u termikim postrojenjima retko je iznad 35%. Osnovni smisao kogeneracije je da se podri proizvodnja elektrine energije time to se deo primarne energije goriva, koji nije mogue transformisati u elektrinu, iskoristi za grejanje ili hlaenje. Znaaj primene kogeneracije uoena je u Evropskoj uniji, te su Direktivom 2004/8/EC (Anonim, 2004), definisane mere i podsticaji koje zemlje lanice moraju da sprovedu radi postizanja boljeg iskorienja primarne energije uvoenjem kogeneracije, gde god je to mogue.

ZATO KOGENERACIJA NA BAZI BIOMASE?Smanjenje zaliha mineralnih izvora energije nafte, prirodnog gasa i uglja je evidentno. Poslednjih decenija drutvo je postalo svesno i negativnih efekata koje izaziva debalans CO2 i drugih gasova, koji uveavaju efekat staklene bate, takozvani GHG (Greenhouse Gases). Reenje se vidi u veem korienju novih i obnovljivih izvora energije (NOIE), meu kojima biomasa zauzima prvo i najznaajnije mesto. Pri tome pojam bio-masa obuhvata vrstu (ostaci poljoprivredne proizvodnje i poljoprivredni proizvodi, drvnu masu, ostatke umarstva i prerade drveta, ostatke raznih prerada, vrsti komunalni otpad...), tenu (biljna ulja, biodizel, bioetanol i tene ostatke prerade) i gasovitu (biogas). Najpre je reavan jednostavniji zadatak, da se obnovljivi izvori energije koriste za dobijanje toplotne energije za grejanje i procesne potrebe. Poslednjih godina sve vie se podstie proizvodnja najplemenitijeg oblika energije, elektrine energije. Dosadanja iskustva pokazala su da je proizvodnja elektrine energije vetrogeneratorima i korienjem fotovoltainih elija skupa, i zavisi od raspoloivosti tih izvora. Pored korienja energetskih potencijala vodotokova, biomasa je najznaajniji potencijalni obnovljivi izvor, iako se ona ve masovno koristi kao izvor toplotne energije, a sve vea je i primena za transportna sredstva (Anonim, 2003) kao goriva za motore s unutranjim sagorevanjem. U tom smislu, kombinovana proizvodnja elektrine i toplotne energije, kogeneracija pa i trigeneracija, predstavljaju povoljan tehniki i ekonomski nain primene. Dosadanji rezultati korienja biomase za kogeneraciju u razvijenim zemljama pokazali su da je cena elektrine energije via od one koja se dobija korienjem fosilnih goriva. Ipak, prvenstveno zbog zatite ivotne sredine, Evropska unija proklamovala je5

obavezu korienja OIE. To je definisano takozvanim Belim Papirom, a realizacija je podstaknuta podsticajnim merama. Belim Papirom definisano je da EU do 2010. ostvari udeo primarne energije obnovljivih izvora energije od najmanje 12%. U javnosti je manje poznato da je posebnom direktivom (Anonim, 2001), predvieno da udeo elektrine energije, proizvedene iz obnovljivih izvora, dostigne 22,1%. U tab. 1.1 prikazan je oekivan doprinos pojedinih zemalja, starih lanica. Tab. 1.1 Postojea, 1997, i planirana proizvodnja elektrine energije iz novih i obnovljivih izvora energije (NOIEe) u starim lanicama EU (Anonim, 2001)Zemlja Belgija Danska Nemaka Grka panija Francuska Irska Italija Luksemburg Holandija Austrija Portugal Finska vedska Velika Britanija EU NOIEe, TWh, 1997 0,86 3,21 24,91 3,94 37,15 66,00 0,84 46,46 0,14 3,45 39,05 14,30 19,03 72,03 7,04 338,41 NOIEe, % 1997 1,1 8,7 4,5 8,6 19,9 15,0 3,6 16,0 2,1 3,5 70,0 38,5 24,7 49,1 1,7 13,9 NOIEe, % 2010 6,0 29,0 12,5 20,1 29,4 21,0 13,2 25,0 5,7 9,0 78,1 39,0 31,5 60,0 10,0 22

Da bi se taj cilj ostvario u veini zemalja EU uvedene su posebne cene za takozvanu zelenu elektrinu energiju (feed-in tarifa).

TA TO ZNAI ZA SRBIJU I AP VOJVODINU?Republika Srbija je, kao i sve druge zemlje Zapadnog Balkana, zainteresovane za prijem u EU, potpisala Memorandum o integraciji u energetsko trite EU (Anonim, 2007a). Na taj nain prihvatila je obavezu da sledi politiku i programe EU. Da bi se to ostvarilo, moraju da se donesu mere za podsticanje proizvodnje elektrine energije korienjem biomase, odnosno da se pomogne u definisanju nacionalne strategije, ali i pojedinim subjektima koji u ovu oblast ele da uloe. Pored ove ve jasno definisane dravne obaveze, cilj je da se proiri proizvodnja elektrine energije korienjem vlastitih materijalnih resursa, smanji zavisnost od uvoza i povea zapoljavanje stanovnitva. Kogeneracija na bazi biomase koristie se, u najveem broju sluajeva, za proizvodnju toplotne energije za grejanje, pa e i proizvodnja elektrine energije na bazi biomase biti najznaajnija u tom periodu kada je i potronja najvea. Tako bi se uvoenjem kogeneracije ostvarilo i vie dravnih stratekih ciljeva. Da bi se odabrala prava reenja potrebno je da se sagleda stanje u razvoju, ali i koja goriva i koji korisnici mogu da ostvare najbolje ekonomske efekte, odnosno da podsticaji od drave budu to manji. Prema studiji Ili i sar. (2003), u Vojvodini su najzastupljeniji biljni ostaci poljoprivredne proizvodnje. U novije vreme sve vie se proizvode biljke uljarice sa namenom da se dobije tena biomasa koja bi se koristila kao gorivo. AP Vojvodina je svojim planom energetskog bilansa (Anonim, 2007b), zacrtala udeo vrste biomase, pre svega etvenih ostataka sa 35.000 TJ toplotne i 360 GWh elektrine energije. Plan proizvodnje elektrine6

energije verovatno nee biti ispunjen, ali je dobro da se rauna i na ovaj izvor, jer to obavezuje na intenzivnije aktivnosti u budunosti.

CILJEVI STUDIJE Da strunoj i iroj javnosti predoi znaaj uvoenja kombinovane proizvodnje elektrine i toplotne energije korienjem biomase, kao goriva, da razmotre tehnologije za kogeneraciju na bazi biomase i oceni njihovu zrelost za primenu u praksi, da sagleda potencijale biomase za kogeneraciju u Vojvodini, da definie ogranienja i barijere, da d osnove za ekonomsko ocenjivanje kogenerativnih postrojenja, da d smernice za uvoenje podsticajnih i zakonskih mera sa ciljem da se u uslovima u Vojvodini ostvare optimalni uslovi za korienje, da identifikuje potencijalna pilot, odnosno demonstraciona postrojenja, da se sagleda mogunost korienja evropskih i drugih fondova za gradnju kogenerativih postrojenja sa primenom biomase, a pre svega demonstracionih, da se dobiju dobre osnove za sainjavanje planova u ovoj oblasti na nivou AP Vojvodine.

POJMOVI I DEFINICIJEU narednim poglavljima koristie se sledee definicije i pojmovi: 1. 2. Snaga goriva oznaava snagu na bazi primarne energije goriva, odnosno, predstavlja primarnu energiju goriva koje se utroi u jedinici vremena, po asu. Nominalna, nazivna ili ukupna snaga termodinamika snaga kotla ili ukupna snaga postrojenja predstavlja zbir izlaznih snaga i gubitaka unutar procesa (bez gubitaka samog kotla). Elektrini stepen korisnosti oznaava udeo proizvedene elektrine energije u odnosu na primarnu energiju goriva. Termiki stepen korisnosti oznaava udeo korisne ili potencijalno korisne toplotne energije procesa u odnosu na primarnu energiju goriva. Ukupan stepen korisnosti oznaava zbir elektrinog i termikog stepena korisnosti.

3. 4. 5.

7

2. KARAKTERISTIKE I ZRELOST TEHNIKIH REENJA ZA KOGENERACIJU BIOMASE 2.1 Parno-turbinska postrojenjaParno-turbinska postrojenja rade po krunom Rankine-Clausius-ovom ciklusu, a pod ovim pojmom nadalje e se podrazumevati ona postrojenja, koja kao radnu materiju koriste vodenu paru. Osnovni delovi postrojenja su: kotao, parna turbina sa generatorom elektrine energije, razmenjiva toplote (i/ili kondenzator) i napojna pumpa, sl. 2.1.Elektrina energija

Kotao

Parna turbina

Energija goriva

GeneratorToplotna energija

Napojna pumpa

Razmenjiva

Sl. 2.1 Parno-turbinsko postrojenje sa protivpritisnom turbinom u sistemu kogeneracije Potrebno je napomenuti da se parno-turbinska postrojenja mogu nai u irokom opsegu tehniko-tehnolokih reenja, ali u principu baziraju se na dve osnovne tehnologije, odnosno izvedbe: Sa protivpritisnim parnim turbinama (sl. 2.1), sa kondenzacionim parnim turbinama (sl. 2.2). U sistemima za kogeneraciju, u protivpritisnim turbinama celokupni protok vodene pare ekspandira do izlaznog pritiska iz turbine. Nakon toga, para pod pritiskom se vodi do potroaa gde se u razmenjivaima toplote obavlja predaja toplote, uz kondenzaciju pare. Iako to nije uvek sluaj, kondenzat bi po pravilu trebalo da se vraa u proces. Kondenzacione turbine u sistemima za kogeneraciju izvedene su na taj nain da je iz njih omogueno oduzimanje odreenog dela protoka vodene pare na vie pritisnih nivoa. Para se oduzima na onom pritisnom nivou, na kojem se zadovoljavaju potrebe potroaa za toplotom i pritiskom. Preostali deo vodene pare ekspandira do izlaznog pritiska iz turbine, a kondenzacija se obavlja u kondenzatoru, predavanjem toplote okolini. ema parno-turbinskog postrojenja sa kondenzacionom turbinom prikazana je na sl. 2.2.

8

Elektrina energija

Kotao

1

Parna turbina

Energija goriva

5 4

2

Generator

RazmenjivaToplotna energija Gubitak u okolinu

Napojna pumpa

3

Sl. 2.2 Parno-turbinsko postrojenje sa kondenzacionom turbinom u sistemu kogeneracije

GorivaU kogenerativnim parno-turbinskim postrojenjima mogue je da se koristi bilo koja vrsta biomase vrstu, tenu ili gasovitu. Meutim, najee se koristi vrsta biomasa i to drvna biomasa ili otpaci iz drvne industrije, slamni ostaci iz poljoprivrede itd. Upotreba ostale vrste biomase sa tehnike strane je mogua, meutim potrebne koliine tene i gasovite biomase za kogeneraciona postrojenja najee se ne mogu obezbediti u dovoljnim koliinama, a sa druge strane dobijanje ovih goriva poskupelo bi proces.

Opsezi snage i stepeni korisnostiOpsezi snaga za koje se najee primenjuju parne turbine su od 500 kW e do 250 MWe (Anonim, 2002). Mogue je ostvariti i manje snage turbina, ali tada se one klasifikuju kao mikroturbine. Stepeni korisnosti parno-turbinskih kogeneracionih postrojenja prvenstveno zavise od vrste parnih turbina koje se koriste i od njihove veliine. Elektrini stepeni korisnosti kreu se 10 do 28% (Scholwin et al, 2007). Za manje sisteme gde je toplotna energija glavni proizvod, a elektrina energija nusproizvod stepen, elektrini stepen korisnosti je jo nii. Termiki stepeni korisnosti zavise od potronje toplotne energije, pa samim tim od njega zavisi i ukupni stepen korisnosti. U parno-turbinskim kogeneracionim postrojenjima ukupni stepen korisnosti dostiu vrednosti do 80%.

Stepen zrelosti tehnologijeProizvodnja elektrine i toplotne energije u parno-turbinskom postrojenju poznata je ve due vremena. Od svih tehnologija za spregnutu proizvodnju elektrine i toplotne energije, ova postrojenja su najrasprostranjenija i postoje trino zrela reenja. Za potrebe korienja biomase kao goriva, potrebno je bilo prilagoditi loita kotlova, sisteme za dopremanje i doziranje goriva.

Prednosti Visok ukupni stepen korisnosti, mogunost upotrebe bilo koje vrste goriva, mogunost zadovoljenja potreba potroaa na vie temperaturskih nivoa, dug radni vek i visoka pouzdanost u radu, mogunost promene odnosa proizvedene elektrine i toplotne energije.9

Nedostaci Nizak odnos proizvedene elektrine i topotne energije, potrebno je puno vremena za startovanje procesa.

Investicije, trokoviInvesticije za parno-turbinska postrojenja imaju sledeu okvirnu strukturu: 25% kotao, do 25% oprema za skladitenje, dopremanje i pripremu goriva, 20% za sisteme za preiavanje dimnih gasova, 15% za parnu turbinu sa generatorom i do 20% za projektovanje postrojenja. Specifina investicija samo za parnu turbinu je u opsegu 220 do 660 /kWe, a s obzirom na to da ova stavka ini deo ukupne investicije, specifina investicija za celokupno postrojenje nalazi se u opsegu 1.450 do 4.400 /kWe. Pogonski trokovi i trokovi odravanja nii su od 0,3 c/kWhe (Anonim, 2002).

2.2 Vijani parni motorVijani parni motor predstavlja motor ije rotacione delove pokree vodena para. Osnovni delovi vijanog parnog motora su dva rotora meusobno spregnuta, kuite u kojem se oni nalaze i vratilo koje povezuje rotore sa generatorom elektrine energije. Rotori meusobno spregnuti usled nailaska pare visokog pritiska obru se, a usled obrtanja rotora, para prolazi kroz prostor izmeu dva rotora do izlaznog otvora. Mehaniki rad dobijen na vratilu prenosi se do generatora elektrine energije. Toplotna energija pare predaje se u razmenjivau toplote kondenzatoru i na taj nain ostvaruje se spregnuta proizvodnja elektrine i toplotne energije. ema jednog kogeneracionog postrojenja data je na sl. 2.3, i predstavlja primer postrojenja u Hartbergu u Austriji, snage 730 kWe.

Biomasa kao gorivoNajpogodnije je koristiti vrstu biomasu za sagorevanje u kotlu i proizvodnju pare. Korienje drugog oblika biomase, tj. dobijanje tene ili gasovite iz vrste, samo bi poskupelo cenu goriva.

Sl. 2.3 ematski prikaz kogeneracionog postrojenja sa vijanim parnim motorom (Hammerschmid et al, 2004)10

Stepeni korisnosti, opsezi snageStepeni korisnosti prikazani su Senkijevim dijagramom (sl. 2.4) za primer postrojenja od 730 kWe u Hartbergu u Austriji. Elektrini stepen korisnosti iznosi 10%, dok je termiki stepen korisnosti 70%. Prema tome, ukupni stepen korisnosti, elektrini i termiki, iznosi 80%.Toplotni gubici i radijacija 18% Parni kotao i pregrejaPregrejana para

Toplotna energija 70%

Primarna energija biomase 100%

Parni vijani motor

Elektrina energija 10% 2% Elektrini i toplotni gubici motora

Sl. 2.4 Tipian Senkijev dijagram za kogeneraciono postrojenje sa parnim vijanim motorom (Hammerschmid et al, 2004) Opseg snage vijanog motora obuhvata 200 do 1.000 kWe, to odgovara malim kogeneracionim postrojenjima.

Stepen zrelostiVisok stepen razvoja, oekuje se primena. Za sada primenjen samo u okviru demonstracionih postrojenja.

PrednostiU poreenju sa parno-turbinskim postrojenjima, vijani parni motori imaju sledee prednosti: Postiu visoku efikasnost pri pogonu sa smanjenim kapacitetom, neosetljivi su na promenu karakteristika pare. Pojava kapljica u pari usled promene goriva, tj. vrste biomase, ili kvaliteta samog goriva ne predstavlja smetnju pri njegovom radu, potpuna automatizacija i jednostavno upravljanje smanjuju trokove radne snage, niski trokovi odravanja.

Nedostaci Pretpostavlja se da e imati kratak radni vek.

2.3 ORC (Organic Rankine Cycle) procesORC proces je veoma slian klasinom Rankine-Clausius procesu (proces u parnoturbinskom postrojenju). Princip rada ova dva procesa praktino se ne razlikuju, osim po tome to se u ORC procesu, kao radna materija, koristi fluid organskog porekla sa niskom temperaturom kljuanja. Korienje organskog fluida u procesu donosi niz prednosti u odnosu na korienje vodene pare, a kao najvanija istie se temperaturni i pritisni nivo na kojem mogu da se koriste, jer poseduju vei toplotni kapacitet od vode.11

Princip radaKao to je ve reeno, princip rada postrojenja sa ORC procesom bitno se ne razlikuje od procesa u klasinom parno-turbinskom postrojenju. ema postrojenja prikazana je na slici 2.5. Osnovni elementi postrojenja su: termouljni kotao; turbina sa generatorom elektrine energije; kondenzator; napojna pumpa. Princip rada postrojenja prikazanog na slici 2.5 zasniva se na sledeem. U loitu termouljnog kotla sagoreva se biomasa i na raun proizvedene toplotne energije termoulje se zagreva do oko 300 C. Termoulje ima ulogu meumedija, koji transportuje proizvedenu toplotnu energiju do radnog medijuma. Nakon predaje toplote radnom medijumu, termoulje se hladi do 250 C i ciklus se ponavlja. Radni medijum koji se koristi je organski fluid silikonsko ulje koje isparava u isparivau na raun primljene toplote od termoulja. Nakon toga, organski fluid ekspandira u turbini, a zatim se kondenzuje u vodenom kondenzatoru i ciklus organskog fluida se time zaokruuje. Zagrejana voda koristi se kao medijum za prenos toplotne energije do potroaa. Najee je to sistem daljinskog grejanja sa temperaturama vode na ulazu i izlazu kondenzatora 60/80 C. U sastavnom delu procesa nalaze se regenerator, ekonomajzer i predzagreja vazduha, koji svojim delovanjem poveavaju stepen korisnosti procesa.

GorivaU postrojenjima sa ORC procesom koristi se kotao, najee termouljni, u kojem se hemijska energija goriva transformie u toplotu potrebnu za odvijanje samog procesa. Iz tog razloga sagoreva se vrsta biomasa bez potrebe dobijanja drugog oblika goriva (tenog ili gasovitog) primenom odreene tehnologije.

Stepeni korisnosti, opsezi snageOekivani stepeni korisnosti prikazani su Senkijevim dijagramom na sl. 2.6.Turbina

GTermouljni kotao Biomasa

Generator

ORC procesIspariva Loite Pumpa silikonskog ulja

Regenerator

Kondenzator

Predgrej a vazduha

Produkti sagorevanja Ekonomajzer Vazduh

Distriktna/centralno grejanje

Sl. 2.5 ema postrojenja sa ORC procesom u sistemu kogeneracije (Obernberger, Gaia, 2007)12

Toplotni i radijacioni gubici 8%

Termoulje Predgreja vazduhaToplotna energija 75%

Energija biomase, 100%

Uljni kotao ORC proces

Elektrina energija, 15%

Gubici toplotne i elektri ne energije, 2%

Sl. 2.6 Tipian Senkijev dijagram postrojenja sa ORC procesom (Obernberger, Gaia, 2007) Na primeru ORC postrojenja italijanskog proizvoaa iz Bree Turboden, u tab. 2.1 prikazane su snage, elektrine i termike, kao i stepeni korisnosti koji se postiu (Duvia, Gaia, 2002). Elektrini stepeni korisnosti za data postrojenja kreu se u vrednosti oko 15%, dok termiki stepeni korisnosti iznose oko 68%, to daje ukupni stepen korisnosti oko 83%. Snaga elektrine energije proizvedene po jednoj jedinici nalazi se u veoma irokom opsegu od 5 kWe do 3 MWe za razna obnovljiva i neobnovljiva goriva, dok se upotrebom biomase u kogeneracionom postrojenju postie elektrina snaga u opsegu 400 do 1.500 kWe (Simader et al, 2006).

Stepen zrelostiPrvo industrijsko postrojenje za kogeneraciju sa termouljnim kotlom u kom se sagoreva biomasa izgraeno je sredinom 90-tih godina prolog veka. Par godina nakon toga izgraeno je vie demostracionih postrojenja koje rade uspeno. Kompanija Turboden iz Bree (Italija), razvila je pomenute jedinice ORC-a sa termouljnim kotlom, silikonskim uljem kao radnim medijumom i vodom kao medijumom za prenos toplote ka potroau. Dominira za primenu u postrojenjima snage 200 kWe do 2 MWe. Tab. 2.1 Snaga postrojenja na bazi koriene biomase, ostvarena snaga (elektrina i termika) i stepeni korisnosti (Duvia, Gaia, 2002)Tip T450-CHP T500-CHP T600-CHP T1100-CHP T1500-CHP Primarna snaga goriva, kW 3.000 3.400 4.100 7.500 10.250 Pe, kW 450 500 600 1.100 1.500 Pt, kW 2.025 2.320 2.800 5.115 6.975 e, % 15,0 14,7 14,6 14,7 14,6 t, % 67,5 68,2 68,3 68,2 68,0

Prednosti Vea specifina toplota organskih fluida daje mogunost manjih zapreminskih protoka radnog medijuma. Time se ostvaruje kompaktnost postrojenja i poveava efikasnost turbine,13

turbina radi na niskom broju obrtaja, pa ne postoji potreba za reduktorom za generator, ne dolazi do kondenzovanja pare u turbini, kao pri radu sa vodenom parom, pa ni do erozije turbine, grejni i rashladni fluid nisu u direktnom kontaktu sa radnim medijumom, pa i turbinom i ostalim delovima postrojenja, to donosi niz prednosti prilikom odabira tehnologije sagorevanja, niski trokovi odravanja i visok stepen automatizacije procesa, voda u kondenzatoru zagreva se do 80 C, to je pogodna temperatura vode za upotrebu u sistemu daljinskog grejanja, mogunost upotrebe otpadne toplote iz nekog spoljnog procesa u kotlu (npr. otpadna toplota izduvnih gasova iz gasnih motora u kojima se sagoreva biogas), pregrevanjem pare organskog fluida dobijaju se vii stepeni korisnosti,

Nedostaci Visoke investicije, nizak udeo proizvodnje elektrine energije.

2.4 Stirling motorStirling motor je klipna maina sa zatvorenim ciklusom, gde radni medijum ostaje unutar radnog cilindra. Klasifikuje se kao motor sa spoljanjim sagorevanjem, iako nije pravilo da se izvor toplotne energije obezbeuje sagorevanjem (mogue je korienje solarne, geotermalne ili nuklearne energije).

Princip radaPrincip rada Stirling motora zasniva se na korienju razlike energije ostvarene ekspanzijom na vioj i potrebne energije za sabijanje na nioj temperaturi. Razlika ovih energija koristi se za proizvodnju rada, koji se ostvaruje na vratilu motora. Radni fluid, koji se nalazi zatvoren u sistemu cilindara, najee je vazduh, vodonik ili helijum. Ne postoji potreba za ventilima kao kod ostalih klipnih maina, jer se radna materija, tj. gas ne razmenjuje sa okolinom. Kruni termodinamiki proces Stirling motora sastoji se od 4 glavna procesa: hlaenje, kompresija, zagrevanje i ekspanzija. Ovo se ostvaruje na taj nain to se gas transportuje od toplog do hladnog razmenjivaa. Topli razmenjiva je u kontaktu s spoljanjim izvorom toplote, npr. gorionikom, dok je hladni razmenjiva u kontaktu sa toplotnim ponorom, npr. rebrastim vazdunim hladnjakom. Kogeneracija se ostvaruje korienjem otpadne toplote, koja se odaje na hladnoj strani. U okviru konstrukcije Stirling motora nalazi se regenerator, ijom upotrebom se poveava stepen korisnosti Stirling motora. Regenerator predstavlja mreu metalnih ica, koje se nalaze na traktu kroz koji gas prolazi na putu od toplog do hladnog cilindra i obrnuto. Kada se gas kree od toplog cilindra, zagreva regenerator, pa je potrebno oduzeti manju koliinu energije u hladnom cilindru. Pri povratku ohlaenog gasa do toplog cilindra, gas ponovo prolazi kroz regenerator koji je sada na vioj temperaturi, pa se gas sada zagreva. Na taj nain smanjena je potreba za toplotnom energijom koja se mora dovesti u toplom cilindru. ema postrojenja sa Stirling motorom prikazana je na sl. 2.7.

14

Predgreja vazduha Regenerator Ulaz v azduha Topli cilindar Ekonomajzer Generator G Stirling motor Vazduh Biomasa Pe Hladni cilindar Potroa toplote

Produkti sagorevanja

Sl. 2.7 ematski prikaz kogeneracionog postrojenja na biomasu sa Stirling motorom (Obernberger, Biederman, 2007)

Toplotni izvori, biomasa kao gorivoToplotni izvor moe biti proces sagorevanja, iz ega proizilazi naziv motor sa spoljanjim sagorevanjem. Meutim, izvor takoe moe biti solarna, geotermalna i nuklearna energija. Toplotni ponor moe biti bilo koji medijum, sa temperaturom niom od temperature okoline. Ukoliko se koriste male temperaturne razlike, potrebni su veliki maseni protoci grejnog i rashladnog fluida u eksternim razmenjivaima toplote. Tada su prisutni visoki pumpni gubici, to sniava ukupni stepen efikasnosti. Poto grejni medijum ne dolazi u kontakt sa pokretnim delovima Stirling motora, mogu da se upotrebe goriva ijim sagorevanjem se ne oteuje unutranjost motora, koja se, inae, ne bi mogla da se upotrebi u motorima SUS. Poto proces sagorevanja moe da predstavlja izvor toplote, mogue je upotrebiti biomasu kao energent, vrstu tenu ili gasovitu, s tim da se konstrukcije meusobno razlikuju, usled razliitih tehnologija sagorevanja.

Snage, stepeni korisnostiGeneralno, elektrini stepeni korisnosti Stirling motora kreu se u intervalu od 10 do 15%, dok su termiki stepeni korisnosti do 75%, tako da se dostie maksimalni stepen korisnosti do 90%. Poveanje elektrinog stepena korisnosti moe se izvesti na raun smanjenja termikog stepena korisnosti, iskorienjem dela toplotne energije, na primer, za predgrevanje vazduha koji ulazi u proces sagorevanja. Za primer postrojenja sa Stirling motorom elektrine snage 35 kW e, prikazan je Senkijev dijagram na sl. 2.8. Da bi se dobilo 35 kWe snage i 219 kWt, potrebno je uloiti 300 kW primarne energije biomase. Time je postignut elektrini stepen korisnosti od oko 12%, dok termiki stepen korisnosti iznosi 73%. Ukupan stepen korisnosti, elektrini i termiki, iznosi oko 85%. Stirling motor u praksi primenjuje se za snage manje od 100 kWe (Thek i Obernberger, 2007).

Stepen zrelosti tehnologijeDo sada, razvijena su pilot postrojenja sa Stirling motorom, a poela je se i izgradnja demonstracionih postrojenja. Trino zrela reenja jo uvek ne postoje, a pojava Stirling motora na tritu za sektor kogeneracije oekuje se do 2010. godine.15

90 kW Gubici u produktima sagorevanja 41 kW 13,5%

300 kW primarne energije biomase

Sagorevanje

Predgreja vazduha

Ekonomajzer 245 kW 155 kW 114 kW

Toplotna energija 219 kW 73%

Stirling motor140 kW 105 kW 35,5 kW 5 kW, 1,5% Toplotni gubici Generator 0,5 kW Elektrina energija 35 kW 12%

Sl. 2.8 Senkijev dijagram Stirling motora u sistemu kogeneracije

Prednosti Toplota se dovodi eksterno, pa su zahtevi za uslovima sagorevanja fleksibilni, irok opseg toplotnih izvora, dobijenih ne samo sagorevanjem, mehanizmi u Stirling motoru jednostavniji su od drugih tipova motora (npr. nisu potrebni ventili i sistem sagorevanja je jednostavniji), radni fluid tokom procesa ne menja fazu, u nekim reenjima, nizak radni pritisak omoguava upotrebu cilindara nie vrstoe, u uslovima niske okolne temperature, oni se startuju brzo, za razliku od motora sa spoljanjim sagorevanjem koji dobro startuju kada je toplo, a loe kada je hladno, moe da se iskoristi i za proizvodnju toplotne energije i za proizvodnju rashladne energije.

Nedostaci Stirling motor zahteva 2 razmenjivaa toplote, koji su na pritisku radnog fluida, a moraju biti otporni na korozivna dejstva toplotnog izvora i atmosfere. Ovi zahtevi poskupljuju konstrukciju, naroito kada se eli postii to via efikasnost razmenjivaa. U nekim sluajevima, ovi izdaci bili bi opravdani upotrebom jeftinih, obnovljivih izvora energije, Stirling motori, koji koriste male temperaturne razlike, vei su po gabaritima za istu snagu od onih koji koriste vee temperaturne razlike, zbog veih masenih protoka grejnog i rashladnog fluida, Stirling motor nema mogunost trenutnog startovanja, ve se mora takorei prethodno zagrejati, vodonik ima nisku viskoznost, visok koeficijent termike provodljivosti i specifine toplote, pa je zbog toga on najpogodniji gas za upotrebu u Stirling motorima. Meutim, procesom difuzije, molekuli vodonika prolaze kroz metalne zidove, pa je zbog toga teko odravati pritisak unutar motora, bez zamene fluida. Zbog toga se koriste pomoni sistemi za odravanje potrebne koliine radnog fluida. Osim toga, vodonik moe negativno da utie na karakteristike metala i uini ga krtim. Zbog svega toga, ee se koristi vazduh kao radni fluid, iako ima nepovoljnije termodinamike karakteristike.16

2.5 Toplovazdune turbineema procesa sa toplovazdunom turbinom slina je procesu koji se odvija u gasnoj turbini, a prikazana je na sl. 2.9. Koristi se gasna turbina, a razlika je u tome to se u ovakvom postrojenju proces sagorevanja obavlja eksterno, a radnu materiju predstavlja vazduh. Pri ulasku vazduha u proces, on se prvobitno sabija i usled toga zagreva. U razmenjivau vazduh se izobarno (bez promene pritiska) zagreva do dostizanja temperature koja treba da bude pri ulasku u turbinu. Kompresor za vazduh je pogonjen vratilom turbine sa kojom je spregnut. Nakon kompresije, zagrevanje vazduha obavlja se razmenjivaem toplote koji je smeten u komori za sagorevanje, odnosno loitu. Konano, komprimovani i zagrejani vazduh ireverzibilno ekspandira do pritiska okoline (proces je otvoren, vazduh ne krui u sistemu ve se svaki put uzima nova koliina) i pokree turbinu spregnutu sa generatorom za proizvodnju elektrine energije. Odnos pritisaka ispred i iza turbine je 3 do 4, a temperature na ulazu su 700 do 900 C. Otpadna toplota vazduha nakon izlaska iz turbine moe da se iskoristi u sistemu kogeneracije, kao i toplota produkata sagorevanja.

Biomasa kao gorivoPoto je izvor toplote odvojen od radne materije (vazduha), ne postoji ogranienje u vrsti goriva i njegovim karakteristikama. Prema tome, bilo koju vrstu vrste biomase ili teno i gasovito gorivo, dobijeno iz vrste biomase, mogue je koristiti u procesu sa toplovazdunom turbinom. Najpovoljnije je koristiti vrstu biomasu, jer je ona najjeftinija.

Opsezi snaga i stepeni korisnostiProizvoai nude proizvode elektrine snage 30 do 250 kW, za decentralizovano snabdevanje elektrinom energijom. U novije vreme nude se, za ove oblasti snaga mogunosti sistema kogeneracije, a primenjuju se u drvopreraivakoj industriji i poljoprivredi gde se moe iskoristiti toplotna energija. Termika snaga je 500 do 2.500 kW t (maksimalno 5.000 kWt), a elektrina snaga 50 do 250 kWe (maksimalno 500 kWe). U tab. 2.2 prikazani su proizvoai toplovazdunih turbina s asortimanom koji nude, kao i osnovni tehniki podaci koji vae za ove turbine.

Produkti sagorevanja

3

1

2 Vazduh

4

G

Sl. 2.9 Jednostavan proces toplovazdune turbine s eksternim sagorevanjem 1) sagorevanje vrste biomase, 2) komprimovanje vazduha, 3) zagreja vazduha, 4) turbina spregnuta sa generatorom17

Tab. 2.2 Proizvoai i podaci za mikroturbine za topli vazduhProizvoa Allied Siga Elliot Energy Capstone Northern Research Power Works Elektrina snaga, kW Odnos pritisaka 75 3,8 45500 np 2460 np 70250 3,0 30250 np Temperatura, C 899 np np 704 np

np nema podataka U toplovazdunim turbinama postie se elektrini stepen korisnosti 10 do 14%. Pri ovako niskim odnosima pritisaka primenjuje se regeneracija, ime se elektrini stepen korisnosti poveava na 20 do 30%. Termiki stepen korisnosti zavisi od toplotnog konzuma.

Stepen zrelosti tehnologijeToplovazdune turbine su u fazi laboratorijskih ispitivanja, sa tendencijom da se izgrade pilot postrojenja.

Prednosti Mogunost upotrebe tzv. prljavog goriva, mogunost direktnog suenja vazduhom nakon izlaska iz procesa, bez upotrebe razmenjivaa.

Nedostaci Upotreba posebnih vrsta elika, vie cene.

2.6 Motori na biljna ulja kao deo postrojenja za kogeneracijuGoriva za motore s unutranjim sagorevanjem koriste se u dva oblika, kao delimino preraena sirova ulja (engleski crude oils i native oils) i hemijski preraena u obliku metilestra PME (Plant oil Methyl Ester). Najrairenija je primena ulja repice, pa se tada govori o RME (Rape Methyl Ester), koji se najee naziva biodizelom. Najee se koriste ulja dobijena od uljane repice, soje i suncokreta i palmino ulje. Metilestri biljnih ulja mogu da se koriste u uobiajenim dizel motorima sa direktnim ubrizgavanjem kod kojih je voeno rauna da se ne primenjuju obojeni metali i gume na koje ovo gorivo deluje kao rastvara. Gorivo treba da odgovara zahtevima standarda EN 14214, odnosno ONORM EN 14214, koji imaju gotovo identine zahteve. S obzirom na to da je ovo gorivo primenljivo u velikom broju savremenih motora u putnikim i teretnim vozilima, kao i traktorima, teko je nai ekonomsku opravdanost primene za kogeneraciju. Biljna ulja, koja bi mogla da se nazovu i sirova biljna ulja, jevtinija su od preraenih ulja , a cena im je, u zavisnosti od koliine, biljne vrste od koje se dobijaju i drugih uticajnih faktora, i ispod 0,5 /kg, tako da mogu da nau svoju primenu za kogeneraciju. Ipak, biljna ulja pre ulaska u cilindre motora moraju da se dodatno preiste i predgreju. Pored toga, motori s unutranjim sagorevanjem koji koriste biljna ulja moraju da budu njima prilagoeni. Oblik cilindra i prostora za sagorevanje je izmenjen. Takoe, potrebno je izmeniti delove motora koji nisu otporni na agresivnost biljnog ulja odgovarajuim materijalom (npr. zaptivae), cevi za dovod goriva treba da su veeg prenika. Prvobitne verzije motora imale su dvojni sistem, startovanje motora se obavljalo dizel gorivom, a onda se nastavljao rad biljnim uljima, nakon dostizanja radne temperature. Razvoj poslednjih godina je omoguio da kod savremenih reenja motora oni rade samo sa biljnim uljima.18

Svojstva biljnih ulja zavise od mnogih uticajnih faktora. Poslednjih godina donesen je standard DIN 51605 (Remmele et al, 2006), koji definie zahteve koje ulje mora da ispuni, bez obzira na poreklo. Motor na biljna ulja predstavlja motor SUS koji kao gorivo koristi sirovo ulje, a najee se kao sirovina koristi uljana repica. Dobijaju se najee ekstrakcijom, odnosno ceenjem ulja ili rastvaranjem delova biljaka bogatih uljem i nakon toga uparavanjem rastvora da bi se dobilo ulje. Fizike i hemijske karakteristike biljnih ulja razliite su u poreenju sa najee upotrebljenim fosilnim gorivima. Biogoriva imaju viu viskoznost i veu gustinu, niu toplotnu mo, a potreban je manji koeficijent vika vazduha jer u sebi sadre veu koliinu kiseonika itd. Zbog toga se sistem skladitenja i napajanja u motoru za biljna ulja u neemu razlikuju od motora SUS, koji koristi fosilna goriva. Motori za biljna ulja se neprekidno razvijaju. U toku 2005/2006. sproveden je masovni test na 106 traktora u Nemakoj. Trenutno se i u Austriji sprovode istraivanja na traktorima koji koriste biljna ulja, a firme Deutz i John Deere su na putu da osvoje trite proizvodnjom motora na biljna ulja (Rathbauer, 2007). Oekuje se da se dostigne puna zrelost primene tih motora, to bi unapredilo ve visok nivo primenljivosti za kogeneraciju, ali bi istovremeno prouzrokovalo i porast cene, jer bi nalo primenu za pogon traktora. Na sl. 2.10 prikazan je dizel motor za biljna ulja jednog od pionira u ovoj oblasti.

Sl. 2.10 Motor specijalne izvedbe namenjen za korienje biljnih ulja kao goriva

Proizvodnja i problemiBiljna ulja mogu da se proizvode u uljarama i decentralizovanim postrojenjima. Stepen mehanikog isceenja je do 80%, a uz ekstrakciju, najee heksanom, izdvaja se i do 99%, ali samo u velikim uljarama. Decentralizovana proizvodnja, na samim farmama, omoguava smanjenje cene nenaplaivanjem poreza, podstie ruralni razvoj i smanjenje transportnih puteva. Ipak, kada se u obzir uzme nii stepen isceenja, visoki trokovi po proizvedenoj koliini, testiranja kvaliteta, cena je ista, pa ak i via nego ulja koje se kupuje u uljarama i na koje se plaa porez. Poseban problem predstavlja skladitenje biljnih ulja. Podleu, kao biorazgradivo gorivo, oksidaciji, te je potrebno da se uvaju u sudovima koji nisu bakarni ili od obojenih metala, bez pristupa vode i vazduha i da nisu izloeni sunevom zraenju. Trajnost ulja je,19

bez dopunskog tretmana, do godinu dana. Ovi zahtevi utiu na dopunske trokove korienja za kogeneraciju.

Oblasti snaga i stepeni korisnostiDizel motor na biljna ulja za potrebe kogeneracije, su u opsegu snaga od 30 do 500 kWe (Remmele et al, 2007). Manji motori preuzeti su iz motornih vozila, dok su motori veih snaga, do oko 3 MWe, brodski motori, a na svim je bilo potrebno obaviti odreene prepravke, kako bi se u njima moglo sagorevati biljno ulje. Elektrini stepeni korisnosti dizel motora za biljna ulja manjih snaga, do 150 kW e, je oko 30, a termiki do 35%. Motori veih snaga imaju e i do 43%, a ukupni stepen korisnosti i preko 85%. Postrojenja za kogeneraciju, koja kao gorivo koriste biljna ulja, imaju visok stepen zrelosti za primenu u praksi.

Investicije, cene goriva, trokoviEkstruderi za decentralizovano ceenje biljnog ulja su uinka 500 do 1.000 t godinje. Njihova cena je 50.000 pa navie, a uz tu cenu potrebno je dodati i trokove za skladitenje. Litar biljnog goriva u prodaji kota 0,7 do 0,8 (Rathbauer, 2007), a jeftinije od biodizela, koji kota 0,95 do 1 . Cena ulja pri kupovini velikih koliina, u zavisnosti od biljne vrste, je 0,4 do 0,5 /l. U tab. 2.3 date su cene za dva postrojenja za kogeneraciju izgraena u Nemakoj, u Straubing-u. Tab. 2.3 Cene postrojenja za kogeneraciju sa motorom na biljna ulja (Remmele et al, 2007)Nominalna elektrina snaga, kWe 10 50 Nominalna termika snaga, kWt 16 70 Cena blok postrojenja za kogeneraciju, 25.000 30.000 oko 50.000

Prednosti Visok elektrini i ukupni stepen korisnosti, rukovanje manjim postrojenjima jednostavno, nije potrebna struna radna snaga, irok dijapazon snaga.

Nedostaci Visoka cena goriva, potrebno odravanje motora, visoki investicioni trokovi, koji se smanjuju tek za jedinice iznad 150 kWe.

2.7 Gasni motorGasni motor je klipni SUS motor i proizvodi se u varijantama koje kao gorivo koristi iskljuivo gasove prirodni gas, zemni gas, biogas. Gorivo sagoreva u radnom prostoru motora i proizvodi se mehaniki rad. Ovaj mehaniki rad prenosi se na elektrini generator, koji je spregnut s gasnim motorom. Kogeneracija se ostvaruje iskorienjem otpadne toplote ulja za podmazivanje, vode iz hladnjaka koji se hlade strujnim krugom vode u sistemu 60/90 C, a toplotna energija koju nosi ova voda koristi se za zagrevanje vode za grejanje ili sanitarne vode. Takoe, otpadna toplota izduvnih gasova, koji su na20

temperaturi od oko 500 C, moe se u parnom kotlu iskoristiti u razne svrhe. ema kogeneracijskog postrojenja sa gasnim motorima prikazana je na sl. 2.11.

Sl. 2.11 ematski prikaz kogeneracije sa gasnim motorom

Biogas kao gorivoU gasnim motorima mogue je koristiti jedino biogas dobijen anaerobnim razlaganjem organske materije ivotinjskih ekskremenata ili biljnih kosupstrata. Biogas se sastoji, u veem udelu, od metana (oko 60%) i ugljen-dioksida (oko 40%). Pored ova dva gasa, u sastavu biogasa nalaze se vodonik-sulfid, azot, amonijak, vodena para itd. Nakon proizvodnje biogasa, on se nalazi na atmosferskom pritisku, pa se zbog toga koristi niskopritisni kompresor da bi se biogas mogao uduvati u gasni motor. Radi ouvanja konstrukcije kompresora i samog motora, biogas se prvobitno mora preistiti od raznih estica i vodonik-sulfida, radi speavanja korozije.

Oblasti snage, stepeni korisnostiOblasti snage i stepeni korisnosti za odreene gasne motore, koji kao pogonsko gorivo koriste iskljuivo biogas, prikazani su u tab. 2.4. U tabeli nisu prikazani svi mogui tipovi gasnih motora, a izostavljeni su motori slinih snaga koji imaju malo vii elektrini stepen korisnosti, a nii termiki stepen korisnosti i obrnuto, tako da im je vrednost ukupnog stepena korisnosti priblino jednaka prikazanim motorima. Tab. 2.4 Snage i stepeni korisnosti (elektrini, termiki i ukupni) gasnih motoraTip 208 208 208 312 312 316 316 320 420 612 616 620 /min 1500 1500 1800 1500 1800 1500 1800 1800 1500 1500 1500 1500 Pe, kWe 249 329 335 526 540 835 848 1060 1416 1458 1946 2425 Pt, kWt 295 400 391 566 682 934 1020 1258 1459 1645 2194 2743 e, % t, % tot, % 39,1 46,3 85,4 38,6 47,0 85,6 36,2 42,3 78,5 40,4 43,5 83,9 37,2 47,0 84,2 39,9 44,6 84,5 38,2 46,0 84,2 39,0 46,3 85,3 42,0 43,2 85,2 39,8 45,0 84,8 39,8 45,0 84,8 39,7 45,0 84,7 21

Iz priloenog se moe videti da se elektrine snage kreu od 250 kW e do 2,5 MWe, a termike u opsegu 300 kWt do 2,75 MWt. Navedene snage, elektrine i termike odnose se na jednu kogeneracionu jedinicu. Stepeni korisnosti kreu se u sledeim opsezima: 36,2 do 42,0% elektrini i 42,3 do 47,0% termiki. Ukupni stepen korisnosti ima vrednost oko 85%. Izuzetak u snazi predstavlja model gasnog motora J624 GS sa 24 cilindra, snage 4 MWe. Za sada je ovaj tip motora u probnom pogonu.

Trenutno stanje i perspektive stepen zrelosti tehnologijeGasni motori dostigli su trinu zrelost. Osim gasnih motora pogonjenih biogasom, postoje motori veoma sline konstrukcije sa pogonom na prirodni gas, propan, koji su u potpunosti prilagoeni vrsti goriva koji koriste.

InvesticijeRadni vek motora iznosi oko 60.000 h, nakon ega je potrebno uraditi generalni remont, koji kota oko 120.000 za modul gasnog motora od 500 kWe. Informativna cena biogasnog modula 1 x JMC 312 GS-B.LC, karakteristika: 526 kWe, e=40,4% i 558 kWt, t=43%, iznosi otprilike 420.000 , pa bi specifina investicija iznosila oko 800 /kW e. Za gasni motor snage oko 1 MWe, specifina investicija iznosi oko 650 /kWe. Pored gasnih motora, da bi bila omoguena proizvodnja energije iz biogasa, potrebno je obezbediti i ostale delove postrojenja: fermentor, preistae gasa, sisteme za transport sirovine itd. Da bi se izgradilo celokupno postrojenje, potrebno je obezbediti 2.000 do 5.000 za svaki instalirani kW elektrine energije, to govori da proizvodnja elektrine energije iz biogasa nije jeftina.

Prednosti Visok elektrini stepeni korisnosti, termikim tretmanom izmeta ivotinja poboljava se ivotna sredina.

Nedostaci Visoke investicije, potreban visok podsticaj drave za proizvedenu elektrinu energiju da bi se isplatila investicija.

2.8 Gasni motor sa samopaljenjemOvo je po izvedbi dizel motor, sa samopaljenjem, koji umesto vazduha usisava meavinu vazduha i gasa. Pored toga, u trenutku kada se ostvari visoka sabijenost, u cilindar se, kao i kod svakog dizel motora, ubrizgava odreena koliina dizel goriva, biodizela ili biljnog ulja. Tako se ostvaruje paljenje dizel goriva, a ono se proiruje i na gas, koji je u cilindru. Motor poseduje ureaj za meanje vazduha i gasa, pri emu koliina vazduha treba da je takva da se ostvari odgovarajui koeficijent vika vazduha, , uzimajui u obzir koliinu gasa i dizel goriva. Na engleskom govornom podruju naziva se Pilot Injection Gas Engine, a na nemakom Zndstrahlmotor. Udeo dizel goriva za paljenje iznosi 10 do 20%. Prema Zakonu o obnovljivim izvorima energije u Nemakoj od 2004. godine, upotreba dizel goriva u ovim motorima je zabranjena, a kao zamena propisan je biodizel ili biljna ulja. Prema tome, u sluaju smanjene proizvodnje biogasa, a za zadovoljenje energetskih potreba potroaa, moe srazmerno da se upotrebi vei udeo biodizela, bez tetnog uticaja na ivotnu sredinu. Pri radu svakog SUS motora neophodno je da se on hladi, a takoe je neophodno da se hladit ulje za podmazivanje. Upravo ova otpadna toplota koristi se u svrhe kogenera22

cije. Ovo su izvori niskotemperaturske toplote do 90 C. Produkti sagorevanja koji izlaze iz motora sa temperaturom od 300 do 400 C ine oko polovine raspoloive toplotne energije. Najea primena toplotne energije dobijene radom gasnih motora je proizvodnja sanitarne vode temperature oko 100 C. Zagrevanje vode obino se obavlja kaskadnim zagrevanjem iskoristivi prvo niskotemperatursku energiju u hladnjaku motora, a zatim se dogreva produktima sagorevanja.

Biogas kao gorivoGorivo, koje se koristi u motorima ovog tipa je biogas dobijen fermentacijom tenog stajnjaka i/ili kosupstrata (silaa kukuruza ili drugi materijal biljnog porekla) i drugih organskih otpadnih materija. Teni stajnjak je uslovno besplatna sirovina, a uz postojanje odgovarajue regulative mogue je naplatiti i odreenu nadoknadu za preuzimanje ove vrste otpada. Meutim, iako je korienje silae skuplje, prinos biogasa iz nje je znatno vei oko 5 puta.

prod ukti sagorevanja

G

paro generator (razmenjiva)

para (voda)

M otorgorivo - gas

voda

H1

H2

H 3

voda

Sl. 2.12 ematski prikaz kogenerativnog postojenja sa motorom SUS s samopaljenjem na dizel (H1, H2, H3 hladnjaci ulja za podmazivanje, motora i kompresora vazduha)

Oblasti snaga i stepeni korisnostiMotor SUS s samopaljenjem na dizel gorivo mogu se nai u opsegu snage 50 do 5.000 kWe. Manji motori preuzeti su iz motornih vozila, dok su motori veih snaga npr. brodski motori, a na svim je bilo potrebno obaviti odreene prepravke, kako bi se u njima moglo sagorevati biljno ulje. Elektrini stepeni koirisnosti SUS s samopaljenjem na dizel kreu se oko 30% i malo vie od ove vrednosti, zatim termiki do 35% to vai za manje vrednosti snaga motora. Za vee vrednosti snaga, koeficijenti elektrinog stepena korisnosti kreu se i do 43%, dok je termiki stepen korisnosti do 45% to zavisi od toplotnog konzuma. Ukupni stepen korisnosti motora SUS s samopaljenjem na dizel je u opsegu od 70 do 90%. Ogranienje za iskorienje toplote dimnih gasova moe biti vrsta goriva. Ako se koriste otpadni ili neki drugi gasovi koji u svom sastavu imaju sumpor, onda je neophodno23

da izlazni dimni gasovi ne budu na temperaturama niim od oko 160 C, zbog niskotemperaturne korozije.

Trenutno stanje i perspektive stepen zrelosti tehnologijeVelike firme kao to su Deutz (Nemaka), izmeu ostalih delatnosti u oblasti proizvodnje gasnih motora za sagorevanje biogasa, obavljaju prepravke velikih brodskih dizel motora za potrebe sagorevanja biogasa u njima.

Investicije, trokoviKada bi se koristio prirodni gas kao gorivo, onda bi investicioni troak postrojenja sa motorom SUS s samopaljenjem na dizel za kogeneraciju bio u opsegu od 850 do 1.500 /kWe. Ovaj investicioni troak obuhvata sve trokove od izrade projekta, nabavke opreme, instalisanja opreme do putanja u pogon. Meutim u sluaju korienja otpadnih gasova, biogasa ili slinih nepreienih gasova, potrebno je gas pre upotrebe preistiti i sabiti na odreeni pritisak, to poveava visinu investicije. Meutim, u tom sluaju, drastino su smanjeni trokovi goriva.

Prednosti Mogunost upotrebe goriva niske cene, u sluaju korienja sirovine u vidu tenog stajnjaka, brz start i skoro momentalno obezbeeno snabdevanje elektrinom energijom, pri smanjenim optereenjima, elektrini stepeni korisnosti se neznatno smanjuju.

Nedostaci Biljna ulja imaju niu toplotnu mo u poreenju sa tenim fosilnim gorivima, visoki trokovi odravanja.

2.9 Gasna turbinaGasna turbina se sastoji od sledeih delova: kompresora, komore za sagorevanje i turbine sa generatorom. Kompresor slui za usisavanje okolnog vazduha i njegovo sabijanje. U komori za sagorevanje, gorivo se mea sa komprimovanim vazduhom i sagoreva, nakon ega produkti sagorevanja (koji su na visokom pritisku) ekspandiraju u turbini, koja je spregnuta s generatorom elektrine energije. Osnovna ema jedinice za kogeneraciju sa gasnom turbinom, prikazana je na sl. 2.13.

24

Visokopritisni kompresor Gorivo Vazduh

Komora za sagorevanje

Razmenjiva

Produkti sagorevanja

e Pr

k ni os n

Niskopritisni kompresor

Meuhladnjak Turbina (pogon za kompresor)

Turbina

Generator

Rashladni fluid

Sl. 2.13 ematski prikaz kogeneracijskog procesa sa primenom gasne turbine, (Anonim, 2002) Otpadna toplota produkata sagorevanja u sistemu kombinovane proizvodnje elektrine i toplotne energije moe da se iskoristi u razmenjivau toplote u kojem se ona predaje vodi i na taj nain se transportuje do spoljnog potroaa. Poto su nakon ekspanzije u turbini temperature gasova (produkata sagorevanja) veoma visoke (oko 480 C), ova toplota moe da se iskoristi za zagrevanje i isparavanje vode kojom se pogoni parna turbina. Na taj nain se ostvaruje dodatna proizvodnja elektrine energije, a nakon toga se otpadna toplota iz kondenzacije u razmenjivau toplote koristi za proizvodnju toplotne energije. Ovaj sistem se naziva gasna turbina u kombinovanom ciklusu sa parnom turbinom.

GorivaVeina gasnih turbina pogoni se gasnim gorivom ili se dodaje teno gorivo koje se raspruje. Goriva koja mogu da se koriste su: prirodni gas, zemni gas, naftni derivati. to se tie gasovitih goriva dobijenih iz biomase, mogue je koristiti sintetiki gas (dobijen gasifikacijom biomase), biogas i tena goriva biodizel i bioetanol.

Stepeni korisnosti, opsezi snagaGasne turbine pokrivaju snage 500 kWe do 250 MWe. Elektrini stepeni korisnosti za gasne turbine kreu se u opsegu 22 do 36%, a termiki 48 do 39%. Ukupni stepeni korisnosti kreu se prema tome u opsegu 70 do 75%, a odreena vrednost zavisi od konkretnog tehnolokog reenja i naina iskorienja toplotne energije (Anonim, 2002).

Stepeni zrelostiPostrojenja za proizvodnju elektrine energije pomou gasnih turbina poznata su jo s poetka dvadesetog veka. Upotreba vrste biomase kao energenta za gasne turbine zahteva njenu gasifikaciju, a takvi sistemi se za sada izgrauju u okviru demonstracionih postrojenja.

Investicije, trokovi odravanjaSpecifine investicije za kogeneracijska postrojenja sa gasnom turbinom na prirodni gas iznose 600 do oko 1.350 /kWe (tab. 2.5). Trokovi odravanja za odreene veliine25

postrojenja su od 0,31 do 0,70 c/kWhe. Generalni remont gasne turbine potreban je nakon 25.000 do 50.000 h rada. Tab. 2.5 Investicije i trokovi odravanja za primere gasnih turbina odreenih snaga (Anonim, 2002)Vrsta trokova Trokovi odravanja i pogona, c/kWhe Specifina investicija, /kWe 1 MWe 0,70 1.350 5 MWe 0,43 740 10 MWe 0,40 710 25 MWe 0,36 630 40 MWe 0,31 600

Prednosti Visoka pouzdanost, nizak nivo emisije, ne postoji potreba za hlaenjem, visoke temperature izduvnih gasova.

Nedostaci Nizak stepen korisnosti pri malim optereenjima, potencijalni zastoji i visoki trokovi odravanja, visoka cena investicije, loe karakteristike pri promenljivom optereenju.

2.10 MikroturbineMikroturbine su gasne turbine manjih snaga od onih u velikim energetskim postrojenjima koje imaju opseg snaga 500 kWe do 250 MWe, a rade po istom termodinakom ciklusu, kao i gasne turbine Brayton-ovom ciklusu. Ranije su ove vrste gasnih turbina imale veoma nizak elektrini stepen korisnosti. Meutim, razvijena su tehnika reenja sa viim stepenima korisnosti, pa mikroturbine mogu da koriste potroai energije manjih snaga i na taj nain mogu biti potpuno energetski nezavisni. Principijelna ema rada mikroturbine u sistemu kogeneracije prikazana je na sl. 2.14. Okolni vazduh usisava centrifugalni kompresor koji ga sabija i nakon toga se u rekuperatoru dogreva na oko 150 C, gde mu se predaje toplota produkata sagorevanja nakon izlaska iz turbine. ija temperatura je oko 650 C. Upotrebom rekuperatora, elektrini stepen korisnosti se udvostruuje. U komori za sagorevanje meaju se pregrejani vazduh i gorivo i usled visoke temperature vazduha, dolazi do sagorevanja. Izduvni gasovi, temperature oko 980 C, ekspandiraju u turbini sa stepenom ekspanzije 3,5 do 4. Ekspanzijom se proizvodi mehaniki rad na vratilu turbine, koji se koristi za pogon kompresora i generatora za proizvodnju elektrine energije. Izduvni gasovi nakon prolaska kroz rekuperator preostali deo toplote predaju u razmenjivau toplote sistemu tople vode i na taj nain ostvaruje se proizvodnja toplotne energije.

Biomasa kao gorivoPrvobitno, mikroturbine su bile konstruisane za korienje prirodnog gasa kao goriva. Meutim, u njima je mogue koristiti razna goriva, a od produkata biomase, najpogodniji su biogas i gasovi proizvedeni procesima gasifikacije ili pirolize. Poto je mogue i korienje tenih goriva, mogue je u njima sagorevati biodizel i bioetanol.

Oblasti snaga i stepeni korisnostiOblast elektrinih snaga za mikroturbine je 15 do 350 kWe, a predstavlja oblast snaga u kojoj su mikroturbine trenutno ili e biti uskoro dostupne na tritu. Pored toga, razvijaju se konstrukcije mikroturbina snaga svega nekoliko kWe. Elektrini stepeni korisnosti mikroturbina kreu se u opsegu od 15 do 30%. Ukupni stepeni korisnosti dostiu vrednosti od 65 do 75% (priblino kao i kod veih gasnih turbina26

sa kogeneracijom), a zavise od veliine i profila toplotnog konzuma. Prema tome, termiki stepen korisnosti moe da se kree u opsegu 35 do 60%, a ipak zavise i od toplotnog konzuma.Izduvni gasovi Razmenjiva Rekuperator

Komora za sagorevanje

Gorivo

Generator elektrine energije

Kompresor

Turbina

Vazduh

Sl. 2.14 ematski prikaz postrojenja za kogeneraciju sa mikroturbinom (Anonim, 2002)

Trenutno stanje i perspektive stepen zrelosti tehnologijeTehnika reenja mikroturbina u potpunosti su zrela, a istraivanje i razvoj u ovoj oblasti usmerava se na konstrukciju turbina izlazne elektrine snage nekoliko kW.

InvesticijeU tab. 2.6 prikazane su specifine investicije za postrojenja sa mikroturbinama u zavisnosti od snage postrojenja. Tab. 2.6 Specifine investicije mikrogasnih turbina i celokupnog postrojenja za pojedine snage (Anonim, 2002)Sistem 1 Sistem 2 Sistem 3 30 70 100 730 700 585 1.835 1.480 1.150 Sistem 4 350 550 980

Snaga (kWe) Specifina investicija1 (/kWe) Specifina investicija2 (/kWe)1

Investicije koje ukljuuju samo osnovnu opremu (mikroturbinu sa generatorom, kompresorima, razmenjivaima toplote itd). 2 Investicije za kompletnu opremu sa trokovima instalacija.

Prednosti Visoke temperature izduvnih gasova na izlazu (>500 C) pogodne su za iskorienje toplotne energije u kogeneraciji, a izmeu ostalog i rashladnim apsorpcionim sistemima u sistemu trigeneracije, mogunost korienja svih vrsta tenih i gasovitih goriva, ukljuujui i ona sa visokim sadrajem nagrizajuih jedinjenja, dobra startnost svega minut je potreban, pouzdanost u radu, kompaktne.27

Nedostaci Nizak elektrini stepen korisnosti.

2.11 Gorive elijeGorive elije predstavljaju elektrohemijske pretvarae energije, koji hemijsku energiju goriva pretvaraju u elektrinu i toplotnu energiju bez procesa sagorevanja. Zbog elektrohemijskog mehanizma konverzije energije, tj. odsustva sagorevanja u procesu, gorive elije imaju prednost nad tradicionalnim sistemima za proizvodnju energije u vidu smanjenja emisije tetnih gasova. U procesu uestvuju gorivo (najee vodonik), oksidant (okolni vazduh ili ist kiseonik), a kao produkti dobijaju se voda, elektrina i toplotna energija.

Princip radaOsnovne delove gorive elije ine elektrolit, elektrode (anoda i katoda) i katalizator, koji se nalazi izmeu elektroda i elektrolita. ematski prikaz sastavnih delova gorive elije dat je na sl. 2.15.

Kanali za dovod goriva

Kanali za dovod oksidanta

Katoda Anoda Elektrolit Katalizator

Sl. 2.15 ematski prikaz sastavnih delova gorive elije Anoda ima ulogu da provodi elektrone koje odaje gorivo do spoljanjeg strujnog kruga i da obezbedi kontakt izmeu molekula vodonika i katalizatora pomou kanala. Kroz kanale katode dovodi se kiseonik u kontakt sa katalizatorom i provode elektroni po povratku iz spoljanjeg strujnog kruga. Elektrolit provodi jonizovane estice goriva, u ovom sluaju atome vodonika, do anode, a osim toga spreava i kratko spajanje elektroda. ematski prikaz principa rada gorive elije, dat je na sl. 2.16. Katalizator predstavlja specijalan materijal koji obezbeuje reakciju vodonika i kiseonika, tj. nastajanje vode. Katalizator je izraen od grafitnog platna, koje je fino presvueno prahom platine i to na strani koja nalee na membranu. Po povrini je hrapav, a po strukturi porozan, tako da moe da propusti atome vodonika.

T p ta o lo Vz u ad h O2K to a a d E k lit le tro Aoa nd

HO 2

K ta a r a liz to

Gr o o iv

H2

e

-

Sl. 2.16 ematski prikaz principa rada gorive elije28

Tipovi gorivih elijaGorive elije mogu biti klasifikovane na vie naina, prema kombinaciji goriva i oksidanta, vrsti elektrolita, temperaturi procesa itd. Najee upotrebljavana klasifikacija je prema tipu elektrolita, koji se koristi u gorivoj eliji. Prema ovoj podeli, postoje sledei tipovi gorivih elija: Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) ili Polymer Electrolyte Fuel Cell (PEFC), Direct Methanol Fuel Cell (DMFC), Alkaline Fuel Cell (AFC), Phosphoric Acid Fuel Cell (PAFC), Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC), Solid Oxide Fuel Cell (SOFC).

Biomasa kao gorivoLista biljnih vrsta, sporednih i otpadnih proizvoda poljoprivrede i industrije koji se mogu koristiti kao sirovina za dobijanje goriva za primenu u gorivim elijama, praktino je beskonana. Reformiranje Jedan od naina za proizvodnju vodonika moe predstavljati tzv. proces reformiranja iz gasovitog ugljovodonika, a vodonik dobijen na taj nain naziva se reformirani. Biogas, kao gasovita biomasa moe da bude znaajna sirovina za proizvodnju vodonika, jer u sebi sadri 50 do 75% metana (CH4). Problem koji se javlja kod proizvodnje vodonika na taj nain je emitovanje ugljendioksida. Da bi se ovakva reakcija odvijala, potrebno je odravati temperaturu 800 do 900 C, uz prisustvo katalizatora. Emisija ugljendioksida moe biti smanjena procesom karbonacije, ubacivanjem kalcijumoksida u proces, koji vezuje ugljendioksid za sebe i nastaje kalcijumkarbonat. Gasifikacija Obnovljiva biomasa i goriva dobijena iz biomase mogu da se gasifikuju i na taj nain dobiju gasovi koji sadre vodonik ili se dobije ist vodonik. U samom procesu, u gasifikatoru, biomasa prolazi kroz tri procesa: piroliza (devolatilizacija), nepotpuno sagorevanje i sam proces gasifikacije. U procesu pirolize, koja se odvija bez prisustva kiseonika i na viim temperaturama, ugljovodonici iz biomase isparavaju. Ako se nastalim ugljovodonicima doda ograniena koliina kiseonika oni nepotpuno sagorevaju oslobaajui toplotu koja slui za zagrevanje novog goriva, zatim razgrauju svoju sloenu strukturu, reaguju s vrstim delom goriva i istovremeno formiraju komponente koje imaju toplotnu mo i mogu dalje da sagorevaju. U reaktoru je dalje sagorevanje ovih komponenti spreeno zbog nedostatka kiseonika. Dodavanjem vodene pare nastali laki ugljovodonici reaguju sa vodenom parom i formiraju takozvani sintetiki gas, koji se u najveoj meri sastoji od ugljenmonoksida i vodonika.

Stepeni korisnostiGeneralno, gorive elije imaju vii elektrini stepen korisnosti od postrojenja zasnovanih na termodinamikom ciklusu, naroito kad kao gorivo koriste vodonik, a kao oksidant ist kiseonik. Tada on iznosi 60%, a pri upotrebi nekog drugog goriva elektrini stepen korisnosti je 40 do 50%. Elektrini stepeni korisnosti za pojedine vrste gorivih elija dati su u tab. 2 7, kao i radne temperature na kojima se proces odvija. Prilikom sjedinjavanja kiseonika i jonizovanog atoma vodonika u SOFC (Solid Oxid Fuel Cell) gorivim elijama, to je egzotermna reakcija, stvara se temperatura okruenja oko 800 C, to je najvia temperatura koja se moe postii u gorivim elijama. Toplotna29

energija na ovom nivou temperatura moe da se iskoristi za zagrevanje vode u sistemu kogeneracije i da se na taj nain postigne ukupni stepen korisnosti 80 do 90%. Ukupni stepen korisnosti zavisi od naina iskorienja toplotne energije, a za razliite vrste gorivih elija javlja se toplotna energija na razliitim temperaturama, pa se prema tome ostvaruju i razliiti ukupni stepeni korisnosti. Tab. 2.7 Elektrini stepeni korisnosti i radne temperature odvijanja procesa pojedinih vrsta gorivih elijaPEMFC Elektrini stepen korisnosti, % Radna temperatura, C 50 - 60 80 - 90 AFC ~ 70 100 PAFC 40 200 - 250 MCFC 50 - 60 650 SOFC 50 - 60 800 1.000

Trenutno stanje i perspektive stepen zrelosti tehnologijeGorive elije mogu da se koriste za stacionarne ili mobilne sisteme. U svetu trenutno postoje stacionarna postrojenja za proizvodnju elektrine energije, snaga od nekoliko stotina kW, meutim, ona jo uvek nisu u potpunosti komercijalizovana. Manja stacionarna postrojenja u budunosti bi mogla da nau primenu u kunim instalacijama, uz mogunost dopremanja goriva javnom mreom. Mobilne gorive elije zasad svoju najveu primenu nalaze u motornim vozilima, pa su zbog toga najvei svetski proizvoai ukljueni u njihov razvoj. Zemlje kao to su SAD, Japan i Nemaka, jo od 1999. godine poele su izgradnju pumpnih stanica za punjenje vodonika za potrebe motornih vozila.

Oblasti snagaMogunost razvijanja odreene snage u gorivoj eliji najvie zavisi od tipa same gorive elije, tj. od njene konstrukcije. Opsezi elektrinih snaga koje je mogue ostvariti kod odreenih tipova gorivih elija, dati su u tab. 2.8. Tab. 2.8 Opsezi snaga koje pokrivaju odreeni tipovi gorivih elijaSOFC Opseg snage do 100 kW MCFC do 100 kW PAFC do 10 kW PEMFC DMFC AFC 100 W-500 kW 1 mW-100 kW 10 kW-100 kW

Investicije, cene gorivaPoto upotreba gorivih elija nije u potpunosti komercijalizovana, njihova proizvodnja je u malim koliinama, pa je prema tome i njihova cena visoka. Goriva elija tipa PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell) kota oko 3.200 /kWe, dok neki tipovi imaju cenu od 1.200 /kWe. Zatim, date su cene neinstaliranih postrojenja za jo 3 tipa gorivih elija. Investicija za MCFC (Molten Carbonate Fuel Cell) iznosi 960 do 1.200 /kWe, a za SOFC (Solid Oxid Fuel Cell) od 800 do 1.200 /kWe, dok za PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) investicija je 800 /kWe. Cena proizvedenog vodonika iznosi 1,5 do 2,2 /kg ili cca. 0,055 /kWh. Ova cena se odnosi na vodonik, koji nije komprimovan i nije skladiten.

Prednosti Produkt reakcije je voda, ime je u potpunosti spreeno zagaenje okoline, visoki stepeni elektrine efikasnosti,30

supstitucija fosilnih goriva obnovljivim izvorima energije iz kojih se dobija vodonik, koji je osnovno gorivo za gorive elije, mogunost transportovanja goriva javnom mreom i korienje prema potrebi u lokalnim postrojenjima sa gorivim elijama, ime bi se ostvarila prednost nad elektrinom energijom koja nema mogunost skladitenja.

Nedostaci Proizvodnja i dobijanje vodonika predstavljaju skupe procese, visoka cena za upotrebu na irem tritu.

ZakljuciPrimena gorivih elija kao nove tehnologije, perspektivna je ukoliko se koristi obnovljiv energent biomasa. Za sada se razvojne aktivnosti sprovode na nivou istraivanja, pilot i demonstracionih postrojenja. Meutim, trokovi proizvodnje vodonika iz biomase su visoki, to predstavlja ogranienje za primenu biomase u proizvodnji energije u gorivim elijama. Visina investicije u postrojenje, koja se postigla za veinu tipova gorivih elija, 1.000 do 3.000 /kWe, nije previsoka, ali za komercijalizovanu upotrebu, npr. u kunim instalacijama ona jeste jo uvek visoka. Elektrini stepeni korisnosti koji se postiu u gorivim elijama, neto su vii od termikih postrojenja za proizvodnju energije, ali primenom kogeneracije ili trigeneracije, stepen efikasnosti moe znaajno da se uvea. Osim toga, opsezi snaga koje pokrivaju gorive elije, od nekoliko W do 100 kWe, zadovoljavaju zahteve za praktinu upotrebu u veini sluajeva, gde postoji potreba za energijom.

2.12 TrigeneracijaPojam Trigeneracija predstavlja spregnutu proizvodnju elektrine, toplotne i rashladne energije. Rashladna energija dobija se u apsorpcionim ureajima, tzv. ilerima. U njima se koristi toplotna energija koja se preko odreenog apsorpcionog procesa konvertuje u rashladnu. Na taj nain, omogueno je potpunije iskorienje energije, jer se u periodu kada ne postoji potreba za toplotnom energijom moe proizvoditi rashladna, i na taj nain poveati ukupni stepen iskorienja. Apsorpcioni ureaji aktiviraju se termiki, jer im nije potreban mehaniki rad za kompresiju, dobijen pretvaranjem iz elektrine energije. Zbog toga je njihova upotreba korisna na mestima gde je energija nedostupna ili skupa i tamo gde se moe iskoristiti otpadna toplota nekog procesa, energija iz obnovljivih izvora (solarna, geotermalna, biomasa). Princip rada apsorpcionih ureaja Koristi se nekoliko parova apsorbentrashladno sredstvo, a najrasprostranjeniji su LiBr (litijum-bromid) i voda, a zatim NH3 (amonijak) i voda. Princip rada apsorpcionog aparata prikazan je na sl. 2.17, na primeru apsorpcioni ureaji sa litijum-bromidom. U krunom cikusu apsorpcionog aparata koristi se rastvor koncentrovanog litijum-bromida u vodi, koji je na emi prikazan narandastom bojom. Litijum-bromid ima afinitet ka rastvaranju u vodi, pa se ova osobina koristi u funkciji apsorbera. Rastvor se pomou pumpe transportuje do generatora. U generatoru dolazi do koncentrovanja litijum-bromida, jer isparava voda dejstvom spoljanjeg izvora toplote. Koncentrovanje rastvora je neophodno da bi litijumbromid regenerisao apsorpcionu mo koju je posedovao na poetku. Kada voda ispari, tj. kada se rastvor koncentruje, transportuje se do apsorbera gde dolazi do apsorpcije vodene pare i ciklus se zaokruuje.31

Isparena voda, na slici prikazana zelenom bojom, transporuje se do kondenzatora, gde se ona kondenzuje usled predavanja toplote rashladnoj vodi. Nakon toga, tena faza odlazi u ispariva. U isparivau se odrava nizak pritisak, tj. vakuum. Na ovako niskom pritisku, rashladni fluid isparava na niskim temperaturama, ime se njemu predaje toplota medijuma koji se hladi, kojeg u ovom sluaju predstavlja voda, koja se naziva hlaena voda. Strujni krug hlaene vode koristi se za proizvodnju i predaju rashladne energije spoljnom potroau. Isparavanjem vode, pritisak u posudi se poveava usled gomilanja pare. Poveavanjem pritiska, poveava se i temperatura isparavanja, a time smanjuje rashladni kapacitet postrojenja. Zbog toga je potrebna apsorpcija vodene pare na strani apsorbera od strane litijum-bromida. U krunom ciklusu apsorpcionih ureaja potreba za elektrinom energijom je vrlo mala, a upotrebljava se jedino za pogon pumpi rashladne vode i hlaene vode. Osim elektrine energije, potrebno je uloiti toplotnu energiju u generatoru za isparavanje vode i na taj nain koncentrovanje litijum-bromida. Ova toplotna energija predstavlja gotovo celokupnu koliinu energije koja se mora uloiti u proces.Para rashladnog sredstva Kondezator Teno rashladno sredstvo Koncentrovani apsorbent Generator

Izvor toplote Apsorber Rashladna voda

Ispariva

Hlaena voda

Pumpa za apsorbent

Sl. 2.17 ematski prikaz i princip rada apsorpcionog ureaja Kapaciteti, snage, temperature, stepeni korisnosti Tipini ileri za upotrebu u klimatizaciji nalaze se u opsegu snage 50 kW do 5 MW. Ipak, oni se najee isporuuju u jedinicama odreene snage, koje se nadograuju do potrebne snage. Temperatura rashladne vode na ulazu iznosi oko 32, a na izlazu oko 38 C. Temperature hlaene vode na ulazu u iler uznosi 12, a na izlazu 7 C. U zavisnosti od tipa apsor-pcionog ureaja, mogue je da se ostvare i temperature rashladnog fluida 10 do 5 C, ime bi se mogao ohladiti vazduh u prostoriji na oko 0 C. U generatoru je potrebno obez-bediti toplotni izvor temperature 75 do 120 C. Primera radi, za apsorpcioni iler tipa 80S, proizvoaa Voltas, rashladne snage oko 285 kW, neophodna je elektrina snaga oko 1,3 kW, to predstavlja manje od 1% uloene elektrine energije za dobijanje rashladne. Stepeni korisnosti apsorpcionih ureaja iznose oko 70%. Ovo se odnosi na gasne ilere, tj. tipove koji kao gorivo koriste prirodni gas. Upotrebom otpadne toplote izduvnih32

gasova, stepen korisnosti bio bi vii, jer ne postoji transformacija hemijske energije gasa u toplotu, poto je ona ve obavljena. Mogunost upotrebe NOIE za pogon apsorpcionih ureaja Upotreba geotermalne i solarne energije je mogua, a tipovi ovakvih apsorpcionih ureaja su se ve nali u proizvodnji, meutim to znatno poskupljuje konstrukciju apsorpcionog aparata. Najrasprostranjeniji tipovi apsorpcionih ureaja su sa pogonom na prirodni gas, pa je i njihova cena najnia. Zbog toga, najpraktinije bi bilo sagorevanje metana, dobijenog preiavanjem biogasa ili sagorevanje samog biogasa. Upotreba vrste biomase bila bi mogua, ugradnjom razmenjivaa toplote, koji bi predavao toplotu vrelih gasova dobijenih sagorevanjem biomase u generatoru za potrebe koncetrovanja litijum-bromida. Cene Cena jedinice apsorpcionog ureaja snage 17,7 kW kota 8.800 , pa specifina investicija iznosi oko 500 /kW. S obzirom na to da bi apsorpcioni ureaj bio pratei deo postrojenja u kojem bi se koristila otpadna toplota, iznos specifine investicije nije nizak. Prednosti apsorpcionih rashladnih ureaja u odnosu na klasine kompresorske Apsorpcioni rashladni ureaji zahtevaju mala finansijska sredstva za odravanje, jer nemaju rotirajue i klizee povrine, pa nema habanja, potronja elektrine energije za pogon pripadajuih pumpi je oko 1% proizvedene rashladne energije, a kod kompresionih 25 do 40% rashladne snage, u pogonu su vrlo tihe i bez vibracija, to omoguava njihovu primenu u kolama, bolnicama, ne emituju freone u atmosferu, to je znaajan ekoloki efekat (kod apsorpcionih rashladnih ureaja radni medijum je voda, a litijum-bromid je apsorpciono sredstvo), koriste otpadnu toplotu kogeneracionih postrojenja u periodu kada ne postoji mogunost iskorienja toplotne energije, to znaajno poveava ekonominost.

2.13 Zakljuna razmatranja o karakteristikama i zrelosti reenjaPrikazani su sumirani podaci na osnovu detaljnih opisa tehnikih reenja datih u prethodnim potpoglavljima. Na osnovu tih podataka sainjen je prikaz podruja primene pojedinih postupaka, kao i elektrini stepeni korisnosti (sl. 2.18). Oigledno je da porastom elektrine snage raste i stepen korisnosti. Najvii su za gorive elije, a najnii za kogeneracijska postrojenja sa Stirling motorom. Gorive elije, koje imaju najvii stepen korisnosti, imaju najviu cenu goriva. Za parno-turbinsko kogenerativno postrojenje elektrini stepen korisnosti nii je nego za postrojenje koje proizvodi samo elektrinu energiju i kod kojeg on iznosi i preko 35%. Vrednost elektrinog stepena korisnosti raste sa poveanjem snage, sl. 2.18. U praksi su elektrini stepeni korisnosti zavisi od toga emu se daje prioritet, tj. da li je proces voen namerom da se proizvodi elektrina ili toplotna energija. Ukoliko se prednost daje proizvodnji elektrine energije, to je ukupno povoljnije, elektrini stepen korisnosti za kogenerativnog postrojenja elektrine snage iznad 10 MW, moe da dostigne i 28% (Scholwin et al, 2007). Na ukupan stepen korisnosti utie to koliki deo se koristi za toplotnu energiju. Kako navode Scholwin et al (2007), u praksi su identifikovani sledei sluajevi: Ako se koristi do 10% otpadne toplote krunog procesa, odnosno toplotne energije, ukupni stepen korisnosti je do 35%,33

ako se koristi do 30% maksimalno raspoloive toplotne energije, ukupni stepen korisnosti je oko 46%, ako se koristi do 50% raspoloive toplotne energije, ukupni stepen korisnosti je oko 58%, ako se koristi 70% raspoloive toplotne energije ukupan stepen korisnosti je oko 68%. Dakle, u sluaju korienja toplotne energije elektrini stepen korisnosti opada i to u meri u kojoj je proces usmeren ka tome da se ostvari to vii ukupni stepen korisnosti i proizvede to vie toplotne energije. Vrlo visok elektrini stepeni korisnosti su za gasne i gasne motore sa samopaljenjem, kao i za dizel motore namenjene za biljna ulja.45 40 35

Gorive elije Gasni motor i gasni motor sa samopaljenjem

Motor za biljna ulja

Elektrini stepen korisnosti, %

30 25 20 15 10 5 0 0,001 0,01 0,1 1 10 100 Elektrina snaga, MW Parno-turbinsko postrojenje, samo el. en.

Stirling motor

ORC postrojenja

Parno-turbinsko postrojenje, kogeneracija

Sl. 2.18 Podruja elektrinih snaga i elektrinih stepeni korisnosti pojedinih postupaka kogeneracije sa korienjem biomase (Scholwin et al, 2007 u kombinaciji sa Hofbauer, 2005) U tab. 2.9 zbirno i sumarno prikazane su osnovne karakteristike najee primenljivanih sistema za kogeneraciju, primenljivih za biomasu.

34

Tab. 2.9 Osnovne karakteristike sistema za kombinovanu proizvodnju elektrine i toplotne energijeSistem Prednosti Nedostaci Q/E1 e, % u, % Uobiajene snage, MWe

Visoki ukupni stepeni korisnosti; moe da se koristi bilo koje gorivo; mogunost zadovoljenja Parno-turbinsko razliitih potreba za toplotnom postrojenje energijom; dug radni vek; visoka pouzdanost; moe da se varira odnos proizvodnje elektrine i toplotne energije. Visoki stepeni korisnosti pri Vijani parni smanjenim kapacitetima; niski motor trokovi odravanja i radne snage. Dobra kompaktnost postrojenja; ORC niski trokovi odravanja, visok postrojenje stepen automatizacije. irok opseg toplotnih izvora; jednostavnija konstrukcija od Stirling motor drugih tipova motora. Mogunost upotrebe bilo koje Toplovazdune vrste goriva; vazduh nakon turbine izlaska iz procesa moe da se upotrebi za direktno suenje. Visoki stepeni korisnosti; Motor na biljna jednostavno rukovanje; irok ulja opseg snaga. Povoljan i za nie snage. Gasni motor Visoki stepeni korisnosti. (biogas) Povoljan i za nie snage. Brz start; visok stepen Gasni motor sa elektrine korisnosti pri samopaljenjem smanjenim optereenjima. Povoljan i za nie snage. Visoka pouzdanost; mala emisija; toplota visoke Gasne turbine temperature; ne zahteva hlaenje.

Spor start; nizak odnos proizvedene elektrine u odnosu na toplotnu energiju. Nepovoljne performanse u 2:1 do 1028 sluaju promene reima rada. 7:1 do 80

0,5250

Kratak radni vek; nizak udeo proizvedene elektrine energije. Visoke investicije; nizak elektrini stepen korisnosti.

Oko 7:1

10 80

0,21

4,5:1 15 do 5:1 6570

0,0053

Koliina radne materije s vremenom se smanjuje usled 5,5:1 1015 procesa difuzije. Nizak do 6:1 85 elektrini stepen korisnosti, mala specifina snaga. Zahtev za posebnim materijalima. U fazi razvoja. 1030 Upotreba goriva visoke cene, zahteva redovno odravanje. 1:1 do 3043 1,3:1 6585 Via cena goriva. Visoki trokovi odravanja. Visoka cena goriva. 1:1 do 3942 1,3:1 85 1:1 do 3045 1,3:1 6585 1,5:1 do 5:1

< 0,1

0,030,25

0,055 0,252,5 0,055

Nizak stepen elektrine efikasnosti pri niskim optereenjima; potencijalni zastoji; visoki trokovi odravanja; visoke investicije. Mogunost upotrebe svih vrsta Visoka cena; nizak stepen goriva; brz start; pouzdanost u elektrine efikasnosti u Mikroturbine radu. poreenju sa gasnim turbinama. Niska emisija; visoki stepeni Visoka vrednost investicije; Gorive elije korisnosti pri svim kratak radni vek; korienje optereenjima. skupog goriva. 1 Q/E - odnos proizvedene toplotne i elektrine energije

2236 7075

0,5250

4:1 do 1530 1,2:1 6575 0,5:1 4070 do 1:1 8090

0,0150,35

0,01100

Na sl. 2.19 prikazana je zrelost reenja. Dijagram je sainjen na bazi dva navedena izvora literature, a uoava se da su neki postupci u toku est godina dostigli vii nivo zrelosti.35

Podaci su preuzeti iz dva izvora, jednog iz 2000. i drugog iz 2007. godine. Brzi razvoj u ovoj oblasti oituje se u tome da su ak tri reenja u ovom relativno kratkom periodu dostigla nivo zrelosti za praksu, ORC (Organic Rankine Cycle), gasni motor i gasni motor sa samopaljenjem (Zndstrahlmotor, Pilot Injection Gas Engine). Oekuje se da e narednih godina vei broj drugih tehnologija dostii nivo zrelosti za primenu u praksi. Sledei postupci mogu da se smatraju zrelim za primenu u komercijalne svrhe: parno-turbinsko postrojenje i postrojenje sa ORC procesom za vstu biomasu, postrojenja za kogeneraciju motorom za biljna ulja i metilestre biljnih ulja, te gasni motor i gasni motor sa samopaljenjem za biogas.Postupak proizvodnje elektrine energije Pa rno-turbinsko postro. Parni klipni motor ORC postrojenje Stirling motor Toplova zduna turbina Gasifikacija sa motorom Gasifikasija sa tur binom Gasifikacija i gorive elije Piroliza sa motorom Piroliza i gasna turbina Motor za biljna ulja Motor za PME Motor za bioetanol Motor za etanol* Metanol-gorive elije* Metan-motor* Metan-gorive elije* Kosagorevanje Gasni motor Gasni motor sa samopalj. Biogas-gorive elije BtL*Primena za biomasu

Teoretska raz matranja

Laboratorijski Pilot ureaji, testovi postrojenja

Primena , trino Demonstraciona postrojenja zrela reenja

Sl. 2.19 Stepen razvoja pojedinih postupaka za proizvodnju elektrine energije iz biomase, pregled 2000. godine plavom bojom, (Heinrich i Jahraus, 2000), dodatni postupci i unapreena zrelost 2007. godine zelenom bojom, (Scholwin et al, 2007)

36

3. ISKUSTVA U ZEMLJAMA EU I OKRUENJA 3.1 Podloge za primenu biomase za kogeneraciju u EUU zemljama Evropske unije okvir za sadanje podsticajne mere za korienje biomase, a time i za gradnju kogenerativnih postrojenja na biomasu postavljen je sledeim dokumentima: Kjoto protokol konvencija Ujedinjenh nacija o klimatskim promenama, 1997. god., Direktiva 2001/77/EC Evropskog parlamenta i Evropskog saveta od septembra 2001. god. o promociji proizvodnje elektrine energije na svom energetskom tritu od obnovljivih izvora energije, Direktiva 2003/30/EC Evropskog parlamenta i Evropskog saveta od maja 2003. god. o promociji korienja biogoriva i drugih obnovljivih izvora energije za potrebe transporta, Direktiva 2003/87/EC Evropskog parlamenta i Evropskog Saveta od oktobra 2003. god. o uspostavljanju mogunosti trgovanja emisijama gasova "staklene bate" meu zemljama Evropske unije, Direktiva 2003/96/EC Evropskog saveta od oktobra 2003. god o reformi okvira za porez na energetske proizvode i elektrinu energiju. Potpisivanjem Kjoto protokola veliki broj zemalja u svetu preuzeo je obavezu da smanji emisiju gasova s efektom staklene bate (ugljen-dioksid, metan, azot-suboksid, i odreena jedinjenja fluora) za 5% u odnosu na referentnu 1990. tokom perioda 2008 2012. godine. Zemlje Evropske unije, kao najrazvijenije zemlje sveta i kao najvei zagaivai po glavi stanovnika, preuzele su obavezu smanjenja emisjije za 8%. Najvanije delatnosti koje proizvode gasove s efektom staklene bate (GHG) jesu energetika i transport. Pored poveanja energetske efikansosti, kao jedna izuzetno vana mera u ovoj delatnosti, korienje obnovljivih izvora energije je druga znaajna mera koja treba da doprinese smanjenju emisije GH gasova. Da bi stvorila uslove za smanjenje emisije GH gasova, Evropska unija je pripremila nekoliko direktiva u odreenoj meri obavezujuih smernica za svoje lanice. Najznaajnije direktive u ovoj oblasti su pripremljene od 2001. do 2003. kako bi se u narednom periodu do 2008. godine pripremile nacionalne strategije, zakoni i mere i razvili svi neophodni mehanizmi za ostvarivanje postavljenog cilja, smanjenja emisije gasova s efektom "staklene bate" za 8%. u periodu 20082012. godine. Direktivom 2001/77/EC zemlje Evropske unije (EU-15) su postavile sebi cilj da do 2010. godine uee obnovljivih izvora energije u potronji primarne energije bude najmanje 12 %, i da udeo elektrine energije proizvedene iz obnovljivih izvora energije bude najmanje 22,1 % u ukupnoj potronji elektrine energije u EU. Direktivom 2003/30/EC postavljen je cilj da do kraja 2010. godine udeo goriva na bazi biomase u kukupnoj koliini koja se plasira na trite EU bude najmanje 5,75%, raunato prema toplotnoj moi. Pored navedenih meunarodnih dokumenata, svaka zemlja Evropske unije pripremila je zakone, propise i podsticajne mere za vee korienje biomase kao goriva. Te mere odnose se kako na direktno podsticanje korisnika biomase kao goriva, tako i proizvoae opreme, istraivake institucije i poveanje svesti svojih graana, a naroito mladih, o znaaju korienja obnovljivih izvora energije. Direktiva 2001/77/EC daje definiciju biomase: Biomasa predstavlja biorazgradivi deo proizvoda, otpada i ostataka u poljoprivredi (ukljuujui biljne i ivotinjske supstance), u37

umarstvu i pripadajuoj industriji, kao i biorazgradivi deo industrijskog i gradskog otpada. Ova definicija biomase koja je data u Direktivi na nivou je inicijalne definicije, oekujui da e zemlje lanice za sebe definisati znatno preciznije ta se podrazumeva pod pojmom biomase. Takoe, ova direktiva preporuuje da se meavina gradskog otpada ne podrazumeva pod pojmom "biomase" za potrebe ove direktive. S obzirom na postojanje vrlo velikog broja otpadnog materijala, koji u odreenoj meri sadri biomasu, ali pored biomase sadri tetne i opasne materije, razvijene zemlje pod pojmom biomase uglavnom definiu gorivo koje se moe smatrati kao isto gorivo, bez tetnih i opasnih materija u sebi. Pod biomasom kao obnovljivim izvorom energije podrazumeva se obino materija sainjena od biljne mase, ukljuujui i proizvode, nusproizvode, otpad i ostatke te biljne mase, ali bez tetnih i opasnih materija, koje se mogu nai u bojenim i na neki drugi nain hemijski tretiranim drvetom, pri procesima u drvopreraivakoj industriji. Jedno prilino precizno definisanje, ta se pod biomasom kao obnovljivim izvorom energije podrazumeva, a ta ne, pripremila je Nemaka, u svom dokumentu BIOMASS Ordinance on Generation of Electricity from Biomass (Biomass Ordinance Biomasse V) od juna 2001, tab. 3.1. Tab. 3.1 Opis materijala koji spadaju ili ne pod pojam "biomasa" u smislu korienja obnovljivih izvora energije Pod biomasom kao obnovljivim gorivom Podrazumevaju se NE podrazumevaju seBiljke i delovi biljaka Gorivo dobijeno od biljaka i delova biljaka, ije su sve komponente i meuproizvodi proizvedeni od biomase Ostaci i nusproizvodi biljnog i ivotinjskog porekla u poljoprivredi, umarstvu i komercijalnoj proizvodnji riba Bioloki otpad kao to su: biorazgradljivi otpad procesa u prehrambenoj industriji, biorazgradljive materije ostataka iz kuhinje, separisani bioloki otpad iz domainstava i firmi, biorazgradivi otpad iz drvne industrije i otpad odravanja prirodne okoline. Neophodno je da ova vrsta otpada ima toplotnu mo od najmanje 11.000 kJ/kg. (Kriterijum zatite ivotne sredine.) Gas proizveden od biomase gasifikacijom ili pirolizom i drugi proizvodi, kao rezultat ovih procesa Alkohol (kao gorivo) proizveden od biomase, ije su komponente i meuproizvodi takoe proizvedeni od biomase. Otpadno drvo pri preradi drveta i u industriji drvenih materijala. Biogas proizveden anaerobnom fermentacijom, gde fermentacijom nisu obuhvaeni materijali koji ne spadaju u biomasu i u kojima nema vie od 10% masenih delova kanalizacionog otpada. Fosilna goriva Treset Meavina gradskog otpada Ostaci drveta koji sadre polihlorovane bifenile ili polihlorovane trifenile, ivu i druge tetne materije koje se, pri termikom korienju drveta, emituju u koliinama preko dozvoljenih granica. Papir, karton Kanalizacioni otpad Tekstil Delovi tela ivotinja Gas iz deponija u zemljitu Gas dobijen tretmanom kanalizacionih otpada.

Korienje biomase u energetske svrhe definisano je sa vie javnih dokumenata Evropske unije. Najsveobuhvatnije je definisano u Biomass Action Plan, donetom i publikovanom 2005, (Anonim, 2005). Izmeu ostalog, ovaj dokument predvia stalno praenje realizacije zacrtanih ciljeva. Na sl. 3.1 prikazan je jedan od izvetaja ostvarenja plana na nivou EU.38

149

Biomass Action Plan 103,7 9,9 Biogorivo 8,7 67 2 4,3 5,1 72,3 3,3 5 5,3 78,6 55,6 58,8 6,5 Biogas

Komunalni otpad

l P n t c A s a m o i B

2005

2004

Sl. 3.1 Poreenje postojeeg trenda porasta korienja biomase u Evropskoj uniji i vrednosti zacrtanih prema Biomass Action Plan U Biomass Action Plan se u vie navrata pominje proizvodnja elektrine energije iz biomase, pri emu se to uvek odnosi na kogenerativna postrojenja. O uspenosti realizacije zacrtanog plana proizvodnje elektrine energije govore tab. 3.2 i tab. 3.3. Pod vrstom biomasom obuhvaeni su vrsti komunalni i industrijski otpadi. Tab. 3.2 Proizvodnja elektrine energije iz vrste biomase u Evropskoj uniji 2004. i 2005. u TWh (Izvor: EurObservER 2006) Finska vedska Nemaka Holandija Velika Britanija Italija Austrija Danska Francuska panija Portugal Poljska Belgija Maarska eka Slovenija Slovaka Irska Litvanija Ukupno 2004 10,183 6,614 3,900 1,756 1,949 1,190 1,756 1,949 2,190 1,834 1,698 2,214 1,259 0,768 0,564 0,090 0,033 0,008 0,0004 37,996 2005 10,183 6,874 5,400 3,586 3,388 2,337 1,930 1,897 1,774 1,596 1,350 1,344 1,085 0,678 0,560 0,082 0,033 0,008 0,0002 44,10439

2010

vrsta biomasa

U oba sluaja oigledan je porast korienja biomase za proizvodnju elektrine energije. U tabele nisu unesene zemlje koje nemaju proizvodnju elektrine energije, a meu navedenim zemljama se uoavaju velike razlike. Zemlje koje nemaju potencijala za proizvodnju elektrine energije iz biomase, ili su ti resursi mali, na primer Malta i Kipar, dune su da zacrtanu proizvodnju ostvare na bazi drugih NOIE, a ukoliko i to nije sluaj, moraju u drugim zemljama EU ili izvan EU da finansiraju projekte ove vrste, ime daju svoj doprinos. Ovakav nain organizovanja jo nije zaiveo, ali se oekuje da u budunosti uzme maha. To je potencijalna privredna ansa i za Srbiju. Tab. 3.3 Proizvodnja elektrine energije iz biogasa u Evropskoj uniji 2004. i 2005. u GWh (Izvor: EurObservER 2006) 2004.Nemaka Velika Britanija Italija panija Francuska Holandija Danska Belgija Grka Poljska eka Irska Austrija vedska Portugal Slovenija Luksemburg Maarska Finska Slovaka 4.414,0 4.383,0 1.170,3 824,7 444,0 282,0 265,0 231,9 179,0 155,0 138,8 101,0 57,7 61,6 14,6 30,3 20,3 23,0 21,7 2,0

2005.5.564,0 4.690,0 1.313,1 879,4 460,0 286,0 274,0 236,9 179,0 175,1 160,9 122,0 57,7 53,4 34,4 32,2 27,1 25,0 21,7 2,0

Ukupno

12.819,9

14.583,8

3.2 Primeri podsticajnih mera u pojedinim zemljama EU i okoliniPotencijali vrste biomase zemalja Evropske unije dati su u tab. 3.4. Ovi podaci su rezultat procena koje se ne zasnivaju na identinim kriterijumima i u mnogim sluajevima predstavljaju koliine lako energetski primenljive biomase. Potencijal vrste biomase u Srbiji procenjen je na 2,7 Mtoe, Ili i sar, 2003, te bi po tome Srbija bila izmeu Portugala i Austrije. Zbirni podaci o biogasu i biljnim uljima, koji su rezultat proizvodnje, odnosno gajenja, nisu poznati. Isto se odnosi i na brzorastue biljke (Short Rotation Coppices), za koje su podaci za neke zemlje u tab. 3.4 obuhvaeni, a za neke nisu. Zemlje EU prikazane u tab. 3.4 razlikuju se po povrinama i broju stanovnika, te podaci bez uzimanja toga u obzir nisu uporedivi. Takoe, u nekim zemljama dominira drvena biomasa, tipino Finska, vedska i Austrija, a u nekima biljni ostaci, tipino Danska. Ove zemlje su po povrini i broju stanovnika uporedive sa Srbijom, te su stoga odabrane za poetna razmatranja i poreenja. U tab. 3.5 dati su podaci za ove zemlje i uporeeni su sa Srbijom.40

Tab. 3.4 Potencijali primarne energije vrste biomase u zemljama Evropske unije u milionima toe (Izvor: EurObservER 2006) 2004.Francuska vedska Nemaka Finska Poljska panija Austrija Portugal eka Estonija Danska Holandija Maarska Italija Grka Litvanija Velika Britanija Letonija Belgija Slovenija Slovaka Irska Luksemburg 9,678 7,467 6,130 7,364 4,062 4,137 3,250 2,683 1,418 1,394 1,200 0,724 0,821 0,942 0,917 0,708 0,704 0,597 0,368 0,463 0,345 0,186 0,015

2005.9,669 7,937 7,861 6,608 4,299 4,176 3,507 2,715 1,460 1,394 1,264 1,142 1,112 1,005 0,957 0,736 0,719 0,597 0,528 0,467 0,398 0,217 0,015

Index, %0,1 6,3 28,2 10,3 5,8 0,9 7,9 1,2 3,0 0,0 5,3 57,7 35,5 6,7 4,4 4,4 2,1 0,0 36,6 0,9 15,4 16,4 0,0

Ukupno

55.587

58.783

5,7

Tab. 3.5 Osnovni podaci o zemljama EU sline veliine i Srbije, proizvodnja energije i energije iz biomase (Statistiki godinjak Statistikog zavoda Srbije, 2003)Srbija vedska Austrija Danska

Povrina 1000 km2 Stanovnitvo Obradivo zemljite umsko zemlj