Transcript

SEMINARSKI RADIZ PREDMETA UVOD U ENERGETSKE SISTEME

ELEKTRANE NA BIOMASU I OTPAD

STUDENTI

Nermin JahiSamir HujdurEmir Klopi

UNIVERZITET U TUZLIFAKULTET ELEKTROTEHNIKE

Tuzla, maj 2015. godine

Saetak

Tema seminarskog rada je elektrane na biomasu i otpad. Seminarski rad je podjeljen u dvije cjeline: biomasa i elektrane ne biomasu.Uvodni dio seminarskog rada sadri openite podatke o biomasi kao to su podjela biomase, transformacija biomase te energetske vrijednosti razliitih tipova biomase. U nastavku su kratko opisane vrste biomasa tj odake se dobijaju i njihova primjena u industriji. Takode je i spomenuto par tehnologija za preradu biomase, te procese za pretvorbu biomase u iskoristivu elektrinu energiju.Drigi dio seminarskog rada sadri podjelu elektrana u ovisnosti od vrste biomase te metode izgaranja.Na kraju rada razmotrene su prednosti i nedostatci u koristenju biomase kao izvor energije.

Sadraj1 .Biomasa12 .Vrste biomase22.1Biomasa iz drvne industrije22.2Poljoprivredna biomasa22.3Energetski nasadi32.4Biomasa sa farmi ivotinja32.5Biogoriva32.5.1Prva generacija biogoriva32.5.2Bioalkoholi42.5.1Biodizel42.5.2Biljno ulje52.5.3Bioplin52.5.4Druga generacija biogoriva52.5.5Trea generacija biogoriva52.6Gradski otpad53 .Primarne tehnologije prerade biomase63.1Briketiranje i peletiranje63.2Biohemijska prerada73.2.1Digestija (razgradnja)74 .Procesi pretvorbe biomase u iskoristivu energiju84.1Toplotna pretvorba84.2Hemijska pretvorba84.3Biohemijska pretvorba85 .Elektrane na biomasu i otpad105.1Bioelektrane na drvnu biomasu125.2Bioelektrane na nedrvnu biomasu125.3Bioelektrane na deponijski plin136 .Tehnologije izgaranja146.1Tehnologija izgaranja na reetci146.2Tehnologija izgaranja u fluidiziranom sloju157 .Kogeneracijska postrojenja na biomasu177.1Indirektni plinsko-turbinski process187.2Direktni plinsko-turbinski process188 .Prednosti koritenja biomase199 .Nedostatci biomase20Zakljuak21Bibliografija22

Popis slika

Slika 1. Pelet1Slika 2. Biootpad2Slika 3. Izbor osnovne sirovine za dobijanje biodizela u Europi4Slika 4. Pretvorba biomase9Slika 5. Shema procesa u bioelektrani10Slika 6. Shema bioelektrane11Slika 7. Tipovi loita14Slika 8. Postrojenje u kojem se upotrebljava fluidizirani sloj kao tehnika izgranja16

Popis skraenica

BIHBosna i HercegovinaCHP Combined Heat and Power

Biomasa

Opti pojam biomase je veoma irok i podrazumijeva organsku materiju biljnog i ivotinjksog porijekla. Biomasa se odnosi na ivuu ili donedavno ivuu materiju, koja se moe koristiti kao gorivo ili za industrijsku proizvodnju. Biomasu ine proizvodi biljnog i ivotinjskog svijeta, u to se ubrajaju neiskoriteni djelovi umarsko-drvne industrije, poljoprivredne proizvodnje, prehrambene industrije, komunalnog otpada organskog porijekla i sl. Slika 1. PeletPrema procentima od ukupno nastale biomase na Zemlji iskoristi se manje od 4%. Energetska primjena biomase veim djelom je ograniea na drvo kao gorivo za loenje, pto nije ekoloki opravdano. Primarna prednost biomase kao izvora energije je u njenoj obnovljivostiKoritenje biomase u BiH ima znaaj za trenutno rjeavanje problema manjka energije i njene visoke cijene. Biomasa ne ukljuuje organske tvari koje su promijenjene raznim geolokim procesima.Biomasa se koristi za generiranje toplote koja se moe onda iskoristiti izmeu ostalog i za proizvodnju elektrine energije. Kao najjednostavniji primjeri biomase mogu se spomenuti mrtvo drvee i drveno iverje koji su pokazali vrlo velik potencijal kao izvor energije. U biomasu se takoe ubrajaju biljni i ivotinjski materijali koriteni prilikom proizvodnje raznih vlakana i hemikalija. Biomasa ima veoma dugu istoriju jer je u svojim osnovnim oblicima koritena od samih poetaka ovjeanstva. Paljenje drvea u peinama moe se smatrati prvim primitivnim koritenjem biomase za dobijanje energije: tu se radi o pretvaranju energije iz organskih materijala u toplotu. Jednostavno reeno vatra pretvara organski materijal iz drva u toplotu. Energija biomase dobija se iz pet razliitih izvora: smea, drvne mase, raznih otpada, otpadnih plinova i alkoholnih goriva. Biomasa moe biti relativno jednostavno prevedena u upotrebljive izvore energije poput metana ili goriva za transport poput etanola i biodizela. Postoje razne tehnologije iskoritavanja energije iz biomase: direktno za grijanje, pretvaranje toplote u elektrinu energiju, pretvaranje u neki drugi oblik goriva poput tekuih biogoriva ili zapaljivog bioplina. Biomasa svakim danom postaje sve popularnija i prihvaenija irom svijeta. Biomasa se i dalje spominje u mnogim debatama kod kojih se razrauju prednosti i mane, naroito kad se biomasa uporedi s ostalim obnovljivim izvorima energije. Usprkos raznim miljenima, veina naunika i dalje tvrdi da biomasa ima mnoge prednosti pred fosilnim gorivima i da znatno pridonosi smanjenju ukupne emisije ugljikovog dioksida u atmosferu.

Vrste biomase

Biomasa dolazi u: vrstom stanju (briketirana biomasa), tenom stanju (biodizel, bioetanol, biometanol), gasovitom stanju (biogas, deponijski gas).

Slika 2. Biootpad1.1 Biomasa iz drvne industrije

Biomasu iz drvne industrije ine ostatci i otpad pri rezanju, brusenju i drugim vrstama obrade drveta. Biomasu iz drvne industrije koristimo kao gorivo u kotlovnicama i kao sirovinu za proizvodnju briketa. Otpad koji optereuje poslovanje drvnih industrija je daleko opravdaniji nego koritenje fosilnih goriva.1.2 Poljoprivredna biomasa

Poljoprivrednu biomasu ine ostatci jednogodinjih kultura kao to su: slama, kukuruzovina, oklasak, stabljike, ljuske, kopice.U naoj zemlji se ne vodi velika briga o ovom izvoru energije, pa ak moemo rei da drutvo i drava imaju podcjenivaki stav prema energiji poljoprivredne mase. Iskoristivovost biomase kukurzovine za energetsku primjenu iznosi najmanje 30%. Iako se to cini kao malo, za poljoprivredna podrucija gdje se proizvodnja kukuruza mjeru u stotinama hiljada tona to predstavlja znaajan izvor energije.1.3 Energetski nasadi

Biljke bogate uljem ili ecerom kao pto su: Brzorastue drvee, Eukaliptus, Zelene alge.Osobine ovakvih energestkih nasada su : Kratka oplodnja, veliki prinost, Koritenje otpadnih voda,gnojiva i taloga (vegetacijski filteri), Izbjegavanje vikova u poljoprivrednoj proizvodnji.1.4 Biomasa sa farmi ivotinja

Kao sirovine biomase sa farmi ivotinja koristi se: izmet ivotinja te spaljivanje leina, a krajnji produkt je biogas. Biogas je mjeavina metana, ugljen dioksida, i otprilike 2% ostalih gasova. Biogas je 20% laki od zrake, nema miris i boju. Njegova temperatura zapaljenja je izmeu 650 i 750 C, a gori isto plavim plamenom. Njegova kalorijska vrijednost je 20MJ/Nm3 i gori sa oko 60%-tnom efikasnou u konvencionalnim biogasnim peima.1.5 Biogoriva

Biogoriva su goriva koja se dobivaju preradom biomase. Njihova energija je dobivena fiksacijom ugljika, tj. redukcijom ugljika iz zraka u organske spojeve. Ugljik u biogorivima dolazi iz atmosfere, odakle ga biljke uzimaju tijekom rasta. Biogoriva se najee koriste za prijevoz i u kuanstvu. Veina goriva za prijevozna sredstva su kapljevita jer vozila zahtijevaju veliku gustou energije. Veliku gustou energije najlake i najefikasnije je dobiti motorom s unutarnjim izgaranjem, a on zahtijeva da gorivo bude isto. Goriva koja najlake izgaraju su kapljevita i plinovita (mogu se ukapljivati), praktina su za prijenos i izgaraju isto (bez krutih produkata).1.5.1 Prva generacija biogorivaPrva generacija biogoriva su biogoriva sastavljena od eera, kroba, biljnog ulja i ivotinjskih masti, koritenjem konvencionalnih tehnologija. Osnovne sirovine za proizvodnju biogoriva prve generacije esto su itarice i sjemenje.1.5.2 BioalkoholiBioloki proizvedeni alkoholi, najee etanol, rijetko propanol i butanol, dobivaju se radom mikroorganizama i enzima - fermentacijom eera, kroba ili celuloze.Bioetanol predstavlja alternativu benzinu. Uglavnom se dobiva iz kukuruza i eerne tske, a moe se dobiti i od penice jeaa i krompira bioetanola da bi se proizveo isti rad. Prednost etanola je vei oktanski broj to omoguava vei kompresijski omjer motora za poveanu termalnu efikasnost.. Veina dananjih automobila moe voziti na mjeavine s 15% bioetanola i ostatkom benzina. Etanol ima manju gustou energije od benzina, tj. potrebna je vea masa Za proizvodnju metanola mogu se koristiti sirovine s visokim udjelom celuloze, kao to je drvo i neki ostaci iz poljoprivrede. Tehnologija je posve razliita od one za proizvodnju etanola. U prvoj se sirovina konvertira u plinoviti meuproizvod iz kojeg se sintetizira metanol. Slino kao etanol, metanol se moe koristiti kao dodatak benzinu ili kao posebno gorivo.5. BiodizelBiodizel je gorivo za motorna vozila koje se dobija od ulja uljane repice ili recikliranog otpadnog jestivog ulja. Sirovine biodizela su masti ivotinjskog podrijetla, biljna ulja, soja, goruica, suncokret, palmino ulje, alge, itd. Dobija se kroz proces esterifikacije, tako to biljno ulje reagira s metanolom i natrijevim hidroksidom kao katalizatorom, te nastaje ester masnih kiselina zajedno s ostalim nusproduktima: glicerolom, gliceridskim talogom i sapunom. Ulja se mjeaju sa natrijevim hidroksidom i metanolom te iz kemijske reakcije nastaje biodizel i glicerol. Biodizel je siguran za rukovanje i transport jer je biorazgradiv, 10 puta manje otrovan od kuhinjske soli i izgara na relativno visokoj temperaturi (148C).Izbor osnovne sirovine za dobijanje biodizela zavisi od specifi ni uslova i prilika u konkretnim zemljama, u Europi se za proizvodnju biodizela najvi e koristi ulje uljane repice (82,8%) i ulje suncokreta (12,5%), dok se u Americi najvi e koristi ulje soje, a u azijskim zemljama se koristi i palmino ulje.

Slika 3. Izbor osnovne sirovine za dobijanje biodizela u Europi1.5.4 Biljno uljeJestivo biljno ulje se uglavnom ne koristi kao gorivo, ali manje kvalitetno ulje se moe koristiti za tu svrhu. Kako bi se osiguralo da ubrizgava pravilno raspruje gorivo za njegovo efikasno izgaranje, biljno ulje mora biti zagrijano da bi se smanjila viskoznost.1.5.5 BioplinBioplin je plinovito gorivo koji se dobiva anaerobnom razgradnjom ili fermentacijom organskih tvari, ukljuujui gnojivo, kanalizacijski mulj, komunalni otpad ili bilo koji drugi biorazgradivi otpad. Sastoji se uglavnom od metana i ugljikovog dioksida.1.5.6 Druga generacija biogorivaBiogoriva druge generacije su biogoriva dobivena iz odrivih sirovina. Odrivost sirovine se definira dostupnou sirovine, utjecajem na emisije staklenikih plinova i utjecajem na bioraznolikost i koritenje obradivih zemljita.1.5.7 Trea generacija biogorivaBiogoriva tree generacije su biogoriva proizvedena iz algi. Na temelju laboratorijskih ispitivanja alge mogu proizvesti i do trideset puta vie energije po hektaru zemljita od itarica kao to je soja.1.6 Gradski otpad

Gradski otpad predstavlja zeleni dio recikliranog kunog otpada, biomase iz parkova i vrtova, mulj iz kolektora otpadnih voda. Gradski otpad zahtjeva velike investicijske trokove, ali iz zbrinjavanje otpada je ekoloki prihvatljivo.

Primarne tehnologije prerade biomase

Osnovni problem u preradi biomase je velika vlaga ,a nedostatak je mala energetskavrijednost po jedinici mase. Prerada biomase se vri sa ciljem pretvaranja biomase u pogodniji oblik za transport, skladitenje i upotrebu.Briketiranje i peletiranje

Briketiranje i peletiranje biomase se vri radi smanjivanja zapremine biomase. Faze u procesu briketiranja su: Usitnjavanje sirovine do odreene granulacije, Suenje sirovinskog materijala do odreene vlanosti, Transport usitnjenog materijala Doziranje sirovine Presovanje u presama za briketiranje Skraivanje briketa na potrebnu duinu Hlaenje i pakovanje gotovih briketa Kod vlanih materijala ova procedura moe biti dopunjena internim skladitima i suarama koje treba da dovedu biomasu do potrebne vlanosti.Pod biobriketima podrazumijeva se proizvod tehnolokog procesa briketiranjaBriketiranjem se postiu sljede efekti: Poveanje gustine, Smanjuju se trokovi transporta, Smanjuje se potrebna zapremina za skladitenje, Bioloki procesi kvarenja biomase su manje izraeni, Poveava se efikasnost u procesu sagorijevanja.

Nedostatci u procesu briketiranja: Potrebna je priprema materijala na odreenu vlanost i granulaciju, U izvjesnim sluajevima su neophodni aditivi, Mora se ulagati u novu tehnologiju koja je nuna za odvijanje procesa, Neophodna je potronja energije.Biohemijska prerada

Digestija (razgradnja)Postoje dva osnovna tipa organske digestije: Aerobna dgestija (uz prisustvo kisika) i Anaerobna digestija (bez prisustva kisika). Svi organski materijali mogu biti razgraeni uz ova dva postupka, ali ce njihovi produkti biti razliiti.Aerobna dgestija proizvodi ugljen dioksid, amonijak i ostale gasove u manjim koliinama, veliku koliinu toplote i konani proizvod koji se moe upotrijebiti kao gnojivo.Anaerobna digestija proizvodi bioplin, vrlo malo toplote i konani proizvod sa veom koliinom azota nego to se proizvodi pri aerobnoj digestiji.

2 . Procesi pretvorbe biomase u iskoristivu energijuToplotna pretvorba

U procesima toplinske pretvorbe toplina je koritena kao dominantan mehanizam za pretvorbu biomase u neki drugi hemijski oblik. Energija dobivena izgaranjem biomase je najvie koritena u podrujima gdje ume rastu bre i gue. Postoje procesi koji slue kao meukoraci pri dobivanju iskoristive energije. Cilj takvih procesa jest prebacivanje postojee biomase u lake obradljivu formu. Toplinska pretvorba biomase koristi se i u tehnologijama poput CHP i tehnologije suspaljivanja (co-firing) ijim se koritenjem poveava sveukupna efikasnost.Hemijska pretvorba

Hemijski procesi se koriste da bi se omoguila pretvorba biomase u neki korisniji oblik. U veini sluajeva prvi korak u hemijskim procesima sa biomasom jest plinifikacija, a taj korak je ujedno i najskuplji te predstavlja najvei tehniki rizik. Plinifikacija se odvija pri atmosferskom pritisku, jer za razliku od kapljevina i plinova, biomasu je puno tee pohraniti u nekakvu posudu pod pritisku. Posljedica odvijanja procesa plinifikacije pri atmosferskom pritisku jest nepoptuno izgaranje biomase zbog ega u dimnim plinovima postoje udjeli gorivih plinova poput ugljikovog monoksida, vodika i tragova metana.Biohemijska pretvorba

Kako je biomasa prirodni materijal, mnotvo visoko efikasnih biokemijskih procesa je nastalo s ciljem da se razgradi struktura samog materijala biomase. U procesima biokemijske pretvorbe se koriste razliiti mikroorganizmi, bakterije i enzimi s ciljem razgradnje biomase. Mikroorganizmi se koriste u procesima fermentacije, kompostiranja i anaerobne digestije otpada.

Slika 4. Pretvorba biomase

Elektrane na biomasu i otpad

Elektrane na biomasu i otpad su takva vrsta termoelektrana u kojima se umjesto konvencionalnih goriva, najee fosilnih: nafte, ugljena i plina, spaljuje biomasa i otpad, koji se nalaze u kategoriji obnovljivih izvora energije. Kao i u svakom termoenergetskom postrojenju u elektranama na biomasu i otpad nalaze se etiri glavna dijela: kotao, turbina, kondenzator i pumpa. Postoje dvije osnovne vrste tehnologije izgaranja, a to su: izgaranje u fluidiziranom stanju i izgaranje na reeci.Elektrane na biomasu i otpad su termoelektrane gdje se toplina potrebna za proizvodnju elektrine energije dobiva izgaranjem biomase i otpada. Pod biomasu spada svaki organski materijal koji ima neku energetsku vrijednost. Za razliku od ostalih energenata koji se koriste u konvencionalnim termoelektranama, biomasa spada pod obnovljive izvore energije. Izgaranjem biogoriva se u atmosferu oslobaa ista koliina CO2 kao to bi to bio sluaj da nismo koristili biomasu za gorivo. Ugljik iz atmosfere je pohranjen u biljkama te bi u svakom sluaju ta koliina CO2 bila osloboena u atmosferu. Treba samo odravati princip obnovljivog izvora (isti broj posjeenih i zasaenih drva). Isto kao i kod konvencionalnih termoenergetskih postrojenja, elektrane na biomasu i otpad posjeduju etiri glavna dijela kotao, turbina, kondenzator i pumpa. Postoje dvije osnovne vrste tehnologije izgaranja u procesima koji se odvijaju u bioelektranama, a to su izgaranje na reetci i izgaranje u fluidiziranom sloju.

Slika 5. Shema procesa u bioelektraniProizvodnja elektrine energije iz biomase je slina kao i za fosilna goriva - u termoelektranama; najprije pretvaranje u toplinsku energiju nosilaca (vodena para kod parnih turbina, prirodni plin kod plinskih turbina), pretvaranje u mehaniku, a potom u elektrinu energiju. Radi poveanja stupnja djelovanja koristi se kogeneracija istovremena proizvodnja toplinske i elektrine energije, pri emu je potreban potroa topline.Proizvodnju elektrine energije iz biomase moe se postii s irokim spektarovina sirovina i drugih tehnologija za proizvodnju elektrine energije koje mogu ili ne mogu ukljuivati srednji proces pretvorbe (npr gasifikacija).U svakom sluaju, tehnologije dostupne u rasponu od komercijalno dokazanih rjeenja do onih koje su se tek razvile (npr gasifikacija). Osim toga, razliite sirovine i tehnologije su ogranieni ili vie pogodne za druge primjene.irom svijeta, preko 90% od biomase koji se koristi u energetske svrhe prolazi kroz put izgaranja. Dostupnost i trokovi sirovina imaju snaan utjecaj na veliinu i ekonominost projekta.

Slika 6. Shema bioelektrane

Bioelektrane na drvnu biomasu

Postoje razni naini da se iz biomase dobije energija. Upotrebljava se iskljuivo umska biomasa (ostaci i otpad nastali redovitim gospodarenjem umama, prostorno i ogrjevno drvo) i biomasa iz drvne industrije (ostaci i otpad pri piljenju, bruenju, blanjanju, kao gorivo u vlastitim kotlovnicama, sirovina za proizvode, briketi i peleti koji nastaju sabijanjem, odnosno preanjem usitnjene drvne biomase u rasutom stanju radi transporta i automatizacije loenja, te jeftinije i kvalitetnije gorivo od umske biomase). Pri obradi drveta gubi se oko 35 do 40% od ulazne sirovine u procesu proizvodnje, a koliina otpada za neke proizvode kao to su parketi iznosi i do 65%.Biomasa se moe izravno pretvarati u energiju jednostavnim sagorijevanjem (gorenje), te se tako proizvesti pregrijana vodena para za grijanje u industriji i kuanstvima ili za dobivanje elektrine energije u malim termoelektranama. Takva postrojenja kao gorivo koriste drvni otpad iz umarstva i drvne industrije, slama i drugi poljoprivredni ostaci, te komunalni i industrijski otpad.Bioelektrane na nedrvnu biomasu

Osim ostale nedrvne biomase, u Hrvatskoj bi osobitu vanost mogli imati ostaci iz poljoprivrede ili poljoprivredna biomasa (kukuruzovina, oklasak, stabljike suncokreta, slama, ljuske, kotice vianja, ostatke pri rezidbi vinove loze i maslina, kore od jabuka). Iskustva iz razvijenih zemalja, u Europi osobito Danske, pokazuju kako se radi o vrijednom izvoru energije, koji se ne bi trebao zanemariti.Ilustrativan je stoga sljedei primjer. Nakon berbe kukuruza na obraenom zemljitu ostaje kukuruzovina, stabljika s liem, oklasak i komuina. Budui da je prosjeni odnos zrna i mase (tzv. etveni omjer) 53% : 47%, proizlazi kako biomase priblino ima koliko i zrna. Ako se razlue kuruzovina i oklasak, tada je njihov odnos prosjeno 82% :18%, odnosno na proizvedenu 1 tonu zrna kukuruza dobiva se i 0,89 tona biomase kukuruza to ine 0,71 tonu kukuruzovine i 0,18 tona oklaska. Iako je neosporno kako se nastala biomasa mora prvenstveno vraati u zemlju, preporuuje se zaoravanje izmeu 30 i 50% te mase, to znai da za energetsku primjenu ostaje najmanje 30%.Na ogrjevne vrijednosti nedrvne biomase podjednako utjeu udio vlage i pepela. Udio pepela u nedrvenim biljnim ostacima moe iznositi i do 20%, pa znaajno utjee na ogrjevnost (npr. slama ima vei udio Na, Ca, K, te je manja temperatura taljenja pepala i nastaje taloenje). Openito, supstance koje ine pepeo nemaju nikakvu energetsku vrijednost (energetska vrijednost biljnih ostataka: 5,8 16,7 MJ/kg).Bioelektrane na deponijski plin

Osim navedenog naina dobivanja bioplina iz biomase, bioplin je takoer mogue dobiti i iz deponijskog otpada na suvremenim ureenim deponijama procesom takozvane anaerobne hladne obrade otpada. U industrijskim zemljama nastaje 300 - 400 kg smea godinje po osobi. Deponijski plin nastaje razgradnjom organskih supstanci pod utjecajem mikroorganizama u anaerobnim uvjetima (bez prisustva zraka). U sreditu deponije nastaje nadpritisak, pa deponijski plin prelazi u plinske sonde sabirnog sustava. Prosjean sastav deponijskog plina je 35-60 % metana, 37-50 % ugljikovog dioksida i u manjim koliinama se mogu nai ugljikov monoksid, duik, sumporovodik, fluor, klor, aromatini ugljikovodici i drugi plinovi u tragovima.Bioelektrane na deponijski plin podrazumijeva postavljanje vertikalnih perforiranih cijevi u tijelo deponije (bunari, trnovi, sonde) i njihovo vodoravno povezivanje. U kompresoru deponijski plin se isisava, sui i usmjerava ka plinskom motoru. Iz sigurnosnih razloga preporuuje se ugradnja visokotemperaturne baklje koja preuzima vikove plina. Deponijski plin sa prosjenim sadrajem metana od 50 % ima donju toplinsku vrijednost Hu=5 kWh/Nm3, to ga ini dobrim gorivom za pogon plinskih motora specijalno razvijenih za ovu namjenu. Plinski motor pokree elektrini generator za proizvodnju elektrine energije. Putem izmjenjivaa topline, dobije se toplinska energija iz vode koja hladi motor i ulje za podmazivanje, kao i iz ispunih plinova. Kod kombinirane upotrebe elektrine i toplinske energije postie se visok stupanj korisnosti ovih ureaja. Ovo znai da se iz 1 m3 deponijskog plina (Hu = 5kWh/Nm3) dobije 2 kWh elektrine energije i 2,15 Kwh toplinske energije.Dobivena elektrina energija koristi se za vlastite potrebe ili se predaje u elektrinu mreu. Proizvedena toplina koristi se na deponiji za proizvodnju tople vode, u staklenicima i plastenicima za proizvodnju ranog povra i cvijea, u industrijskim pogonima u blizini deponije, ili za grijanje stambenih zgrada kao i kod drugih potroaa toplinske energije.

Tehnologije izgaranja

Tehnologija izgaranja je vaan dio u termoenegetskim postrojenjima jer je izvor korisne energije u vidu topline. Biomasa je oduvijek primarni izvor energije i ovjek ju je koristio za gorivo otkad je ovladao vatrom. Meutim, kada se biomasa koristi za dobivanje elektrine energije i topline, izgara se velika koliina biomase koja nema homogena svojstva po cijelom volumenu, ili ima manju homogenost od ugljena, nafte i plina. Zbog toga je potrebno prilagoditi tehnologije izgaranja specifinim svojstvima biomase i otpada koje nisu tako homogena goriva. Danas su tehnologija izgaranja na reetci i u fluidiziranom sloju dvije najee koritene tehnologije u dobivanju energije iz biomase i otpada. irom svijeta, preko 90% od biomase koji se koristi u energetske svrhe prolazi kroz put izgaranja. Dostupnost i trokovi sirovina imaju snaan utjecaj na veliiu i ekonominost projekta.

Slika 7. Tipovi loitaTehnologija izgaranja na reetci

Tehnologija izgaranja je vaan dio u termoenegetskim postrojenjima jer je izvor korisne energije u vidu topline. Biomasa je oduvijek primarni izvor energije i ovjek ju je koristio za gorivo otkad je ovladao vatrom. Meutim, kada se biomasa koristi za dobivanje elektrine energije i topline, izgara se velika koliina biomase koja nema homogena svojstva po cijelom volumenu, ili ima manju homogenost od ugljena, nafte i plina. Zbog toga je potrebno prilagoditi tehnologije izgaranja specifinim svojstvima biomase i otpada koje nisu tako homogena goriva. Danas su tehnologija izgaranja na reetci i u fluidiziranom sloju dvije najee koritene tehnologije u dobivanju energije iz biomase i otpada.Tehnologija izgaranja je koritena dui niz godina i u isto vrijeme se dosta razvila pa su neki nedostatci otklonjeni. Izgaranje se odvija u kotlu. Na kotlu je smjetena reetka na kojoj se nalaze biomasa i otpad. Sam postupak izgaranja je slian onome kod tehnologije izgaranja u fluidiziranom sloju, razlika je samo u pripremanju biomase i otpada za samo izgaranje. Tehnologija izgaranja u reetci je pogodnija za kruta goriva (poljoprivredni i umarski ostatci) te za postrojenja manje snage (do 5 MW). Kontrola i regulacija izgaranja se temelje na stvaranju turbulencije to pospjeuje sam proces izgaranja. To se izvrava na nain da se zrak upuhuje ispod same reetke. Nedostatak ove tehnologije izgaranja jest vea nepotpunost izgaranja nego kod tehnologije fluidiziranog sloja. Nepotpunost izgaranja sama po sebi znai gubitak odreene topline. To se moe dogoditi zbog nedovoljne homogenosti goriva ili zbog nedovoljne koliine zraka u loitu. Zbog toga je pri samom procesu izgaranja potrebno pronai ravnoteu izmeu tih parametara jer preveliki pretiak zraka znai da je izgaranje nepotpuno te da je izlazna entalpija dimnih plinova vea nego li je poeljno.Tehnologija izgaranja u fluidiziranom sloju

Tehnologija izgaranja u fluidiziranom sloju je naprednija i ekifasnija tehnologija izgaranja u kojoj se biomasa i otpad tretiraju prije samog spaljivanja. Tretiranjem biomase i otpada prije spaljivanja postie se vei stupanj homogenosti goriva bez obzira na njihovu vlanost, udio pepela i kalorinost. Tako se u fluidiziranom sloju mogu zajedno nai ostaci poljoprivredne proizvodnje, otpadci od sjee uma zajedno s kunim optadom. Izgaranje u fluidiziranom sloju prua veliku fleksibilnost u pogledu zahtjeva na kvalitetu i vlanost goriva, veu nego izgaranje na reetci. Ova tehnologija postie vrlo visoke vrijednosti iskoristivosti kotla, i do 90% bez obzira na to ima li otpad visok udio vlanosti ili ne, jesu li komponente goriva sline kvalitete ili ne. Glavni nedostatak je cijena koja ja u odnosu na izgaranje na reetci znatno vea i zbog toga se koristi samo u elektranama snage preko 5MW. U samom kotlu biomasa i otpad izgaraju i pretvaraju se u vrui granulirani sloj na pijesku. Ubrizgavanje zraka u taj sloj stvara turbulencije i na taj nain pospjeuje opskrbu svih dijelova goriva dovoljnom koliinom kisika i pribliavaju ovaj proces potpunom izgaranju, to je cilj svakog izgaranja. Na taj nain mogue je drati temperaturu izgaranja ispod 972C i znatno smanjiti udio duinih spojeva, naroito duinog monoksida, u dimnim plinovima.Postoji razlika u pripremi samog goriva u odnosu na izgaranje na reetci. Biomasa se mijea sa pijeskom kojeg ima vie te nastaje granulirani sloj pijeska. Taj sloj se odvodi u kotao gdje se ubacuje predgrijani zrak pod nekim tlakom. Poto pijeska u samom sloju ima vie, pod utjecajem predgrijanog zraka se granulirani sloj raspruje po cijelom prostoru to uzrokuje turbulencije koje pospjeuju kontakt goriva sa kisikom. To uzrokuje bolju potpunost izgaranja koja iznosi oko 99% te sveukupnu korisnost kotla koja je otprilike 90% bez obzira na udio vlage u otpadu i jesu li komponente goriva sline kvalitete ili ne. Glavni nedostatak ove tehnologije izgaranja jest cijena koja je u odnosu na tehnologiju izgaranja na reetci dosta vea pa se tehnologija fluidiziranog sloja koristi samo u bioelektranama snage preko 5 MW. Gledajui sveukupno, ova tehnologija izgaranja prua veu fleksibilnost u pogledu zahtjeva na kvalitetu i vlanost goriva. Kotlovi u kojima se koristi fluidizirani sloj mogu koristiti goriva sa visokom koncentracijom pepela i niskokalorina goriva poput raznih ostataka iz poljoprivredne proizvodnje i ostataka od sjee uma to dodatno pospjeuje fleskibilnost samog tehnolokog procesa.

Slika 8. Postrojenje u kojem se upotrebljava fluidizirani sloj kao tehnika izgranjaKogeneracijska postrojenja na biomasuKogeneracija (engl. Combined Heat and Power ili CHP) je postupak istovremene proizvodnje elektrine i korisne toplinske energije u jedinstvenom procesu. Kogeneracija koristi otpadnu toplinu koja nastaje uobiajenom proizvodnjom elektrine energije u termoenergetskim postrojenjima te se najee koristi za grijanje graevina ili ak cijelih naselja, a rjee u drugim proizvodnim procesima.Toplinska energija moe se koristiti za proizvodnju pare, zagrijavanje vode ili zraka. Takoer se moe koristiti u procesu trigeneracije, gdje se dio energije koristi i za hlaenje. Kogeneracija je termodinamiki uinkovito koritenje goriva. Prilikom klasine proizvodnje elektrine energije, dio energije odbacuje se u okoli kao otpadna toplina, a u kogeneraciji ta toplinska energija postaje korisna. Dakle, osnovna prednost kogeneracije je poveana uinkovitost energenta u odnosu na konvencionalne elektrane koje slue samo za proizvodnju elektrine energije te industrijske sustave koji slue samo za proizvodnju pare ili vrue vode za tehnike procese.Kogeneracija se koristila u nekim od najranijih ureaja za proizvodnju elektrine energije. Prije nastanka sredinjih stanica koje distribuiraju energiju, industrije su proizvodile vlastitu energiju koristei ispune pare za proces grijanja. Velike poslovne i stambene zgrade, hoteli i trgovine su istovremeno proizvodile vlastitu elektrinu energiju i koristili otpadnu paru za grijanje. Zbog visokih cijena javne elektrine energije, ovakva kogeneracijska djelovanja su se nastavila dugi niz godina nakon to je javna elektrina energija postala dostupna.Kogeneracijsko postrojenje toplinu dobivenu izgaranjem koristi na dva naina, za dobivanje rada i korisne topline. Rad plina se na turbini koristi za dobivanje elektrine energije koja se onda alje u mreu dok se korisna toplina koristi za zagrijavanje vode za grijanje (stambenih prostora, bazena, staklenika i slinih prostora) i za razne tehnoloke procese suenja (koji se odvijaju u prehrambenoj idustriji za suenje voa i povra i peenje u procesnoj industriji, ali i u postrojenjima za proizvodnju peleta za suenje sjeki). Elektrina energija u manjim kogeneracijskim postrojenjima na biomasu najee se dobiva otvorenim plinsko-turbinskim procesu u kojem je turbina pogonjena zagrijanim zrakom i/ili dimnim plinovima od izgaranja pri povienom tlaku. Manja postrojenja se esto rade u modularnoj izvedbi zbog olakanog testiranja, transporta, montae, demontae i servisa. To su postrojenja najee do 5MW, a postoje dvije vrste otvorenih plinsko-turbinskih procesa: indirektini i direktni. Manja kogeneracijska postrojenja imaju smisla u pogledu odrivog razvoja i potronje energije za razliku od velikih postrojenja, jer manja postrojenja koriste otpadnu biomasu dok bi velika postrojenja za svoje potrebe traile uzgajanje biomase za dobivanje energije. Takav pristup ima negativne ekonomsko-privredne posljedice i utjee na bioraznolikost.Indirektni plinsko-turbinski process

U loitu se odvija proces izgaranja u kojem se stvaraju dimni plinovi i oslobaa toplina. Nakon izgaranja, dimni plinovi zagrijavaju zrak za turbokompresorsko postrojenje i predgrijavaju zrak koji se upuhuje u loite i koristi se za izgaranje, jer predgrijan zrak poboljava izgaranje i povisuje temperaturu u loitu. Dimni plinovi se djelomice vraaju u loite, a ostatak ide van iz loita i koristi se za suenje biomase koja tek treba biti spaljena u loitu. Zrak koji izlazi iz zagrijaa zraka se zagrije na 650-750C i odlazi u turbopunja i pokree kompresor i generator koji su spojeni na isto vratilo. Generator proizvodi elektrinu energiju, a kompresor tlai vanjski zrak na tlakove 4-6 bar. Zrak nakon kompresora odlazi u regenerator gdje se predgrijava otpadnim zrakom iz turbine, te takav predgrijan odlazi u zagrija zraka i nakon toga u turbinu. Time je taj proces zavren. Ispuni zrak iz turbopunjaa koristi se za grijanje vode koja se kasnije koristi za grijanje prostora ili za tehnoloke procese. Prednost ovog procesa je ta to je zrak u turbini vanjski zrak koji je relativno ist i takav ne unitava lopatije turbine i kompresora to za posljedicu ima dugi vijek trajanja rotora.Direktni plinsko-turbinski process

Proces u loitu je istovijetan indirektnom procesu. Razlika je u tome to zagrijani zrak koji izlazi iz zagrijaa, prije ulaska u turbinu se koristi za izgaranje plina ili tekueg goriva. Nastali dimni plinovi odlaze u turbinu gdje predaju svoju kinetiku energiju turbini. Odatle je proces jednak onome u indirektnom procesu. Ovaj proces se moe izvesti i na nain da se dimni plinovi iz loita biomase alju u turbinu gdje ekspandiraju i predaju svoju energiju lopaticama, ali sa sobom nose estice pepela i krutih ostataka izgaranja. Posljedica takvog naina je da se te estice taloe na lopatiju i uzrokuju koroziju na turbini to moe dovesti do havarije.

Prednosti koritenja biomase1. Biomasa je obnovljivi izvor energijeNajoitija prednost biomase je injenica da se radi o obnovljivom izvoru energije, to znai da se ne moe u potpunosti potroiti kao to je to sluaj s fosilnim gorivima. Biomasa veinom dolazi iz biljaka, a biljke su osnovni element za odravanje ivota na naoj planeti. To znai da dok postoji ivot na naoj planeti tako dugo e postojati i biomasa kao mogui izvor energije.2. Biomasa pomae u borbi protiv klimatskih promjena - Biomasa zaista pomae smanjiti ukupne emisije staklenikih gasova u atmosferu i time znatno pridonosi u borbi protiv klimatskih promjena. Iako je biomasa povezana s odreenim nivoima isputanja staklenikih gasova, to je puno manje nego kod fosilnih goriva. Glavna razlika biomase u odnosu na fosilna goriva kod isputanja staklenikih gasova je u zatvorenom ugljenikovom ciklusu kod biomase. To se manifestuje iz injenice da prilikom rasta biljke uzimaju iz atmosfere ugljenikov dioksid i da prilikom sagorijevanja to isputaju. Kod fosilnih goriva radi se o jednosmjernom procesu gledano iz perspektive ivotnog vijeka ugljenikov dioksid se samo isputa, nema procesa vraanja natrag u zemlju.

3. ia okolinaTrea velika prednost energije iz biomase je mogunost proiavanja okoline prilikom koritenja biomase. Broj ljudi na svijetu konstantno raste i s tim rastom naravno raste i problem sve vee koliine otpada koja se stvara i treba biti primjereno zbrinuta. Trenutno velika koliina otpada zavri u rijekama, potocima, morima I okeanima i time se stvara veliki negativni uticaj na ekologiju i ljudsko zdravlje. Vei dio ovog otpada mogao bi se iskoristiti za proizvodnju energije iz biomase i time bi se bacanje tog otpada direktno u prirodu znatno smanjilo.4. Biomasa je iroko dostupan izvor energije - ak se i estoki protivnici koritenja biomase slau s injenicom da je to iroko i jednostavno dostupan izvor energije. Biomasa postoji u odreenom obliku gdje god pogledamo i samim time i potencijalna proizvodnja energije mogua je gotovo bilo gdje. Ovo je svakako jedna od najveih prednosti biomase pred tradicionalnim fosilnim gorivima. Kao to je opte poznato, fosilna goriva nee trajati vjeno i jednom kad svijet potroi zalihe tih goriva biomasa e postati jo atraktivniji izvor energije. Mnogi strunjaci se slau da kad se gleda i s ekonomskog i s ekolokog ugla gledanja biomasa e jo dugo biti visoko na listi najboljih moguih izvora energije.

Postoji mnotvo aspekata sa privrednog i ekolokog stanovita koji pokazuju opravdanost primjene i koritenja biomase kao energenta.

Ekoloki aspekti za koritenje biomase: Visoka biorazgradivost biomase u tlu (95% za 28 dana), Biogoriva sadre neznatnu koliinu sumpora(kao produkat ne nastaje sumpor-dioksid), Prilikom sagorijevanja biomase nastaje isti pepeo, Nema emisije ukgljikovodika kao nepotpunih produkata sagorijevanja, Biomasa je u potpunosti obnovljiv izvor enegije, Biomasa ve postoji, nije je potrebno stvarati, ve samo planski iskoristiti.Iz ovih razloga biomasa, pored drugih obnovljivih izvora energije dobija na znaaju kao resurs za dobijanje "iste energije".Privredni aspekti za koritenje biomase: Cijene biomase (biomasa je u svim poljima i ekoloki i ekonomski isplativa), Poveanom eksploatacijom biomasa, javlja se potreba za veim brojem radnika to doprinosu drutvu u cjelini.Nedostatci biomaseNedostatci biomase su: Manipulacioni i ekonomski problemi sa sakupljanjem, pakovanjem i skladitenjem biomase, Periodian nestanak biomase, Mala zapreminska masa i toplotna mo biomase svedena na jedinicu zapremine, Razuenost u prostoru, Nepovoljan oblik i visoka vlanost biomase, Ekonomske investicije postrojenja za sagorijevanje biomase su visoke.

2

ZakljuakIz svega dosad reenog , iz stvari koji se nismo dotakli u ovom malom osvrtanju na biomasu ali iz stvari koju su nam kao umnim biima ve poznata moemo svatiti da iskoritavanje fosilnih goriva nee vjeno trajati , a jo stranija injenica u koju se svakoga dana sve vie uvjeravamo je da su rezerve fosilnih goriva pri kraju. Kako nismo u mogunosti da te rezerve energije obnavljamo, svjesni da ivota na Zemlji nema bez transformacije energije, ovjeanstvo e se morati okrenuti obnovljivim izvorima energije i to u daleko veoj mjeri nego to je to danas sluaj.Obnovljivi izvori energije, meju kojima je i biomasa, ne samo da su ekoloki podobniji ve u nekim sluajevima i ekonomski isplativiji. Mejutim, problem predstavljaju visoki trokovi za opremu i pogone u kojima bi dolazilo do transformacije obnovljive energije. Nove tehnologije koje se razvijaju pokazuju nam i to da oprema i urejaji za eksploataciju obnovljive energije postaju sve konvencionalniji i dugotrajniji u odnosu na ak i dosad koritene urejaje za fosilna goriva.Obnovljivi izvori energije do 2020. godine trebali bi sudjelovati u ukupnoj proizvodnji energije u BiH sa najmanje 40 posto. To je cilj koji je pred ovu dravu postavila Energetska zajednica. Postrojenje, prvo u BiH za proizvodnju bioplina iz stajnjaka kod Laktaa u sjeverozapadnom dijelu drave, postoji ve osam godina. U Vojvodini(Srbija) se planiraju da se grade postrojenja za proizvodnju biodizela, u Maarskoj i Rumuniji, takoe. U Danskoj su ve due vrijeme instalirane termo-elektrane u vidu manjih kogeneraciskih sistema, pogonjeni istom biomasom.Ovi primjeri trebalo bi da bude svjest ovjeanstva u kom pravcu treba da se razvija, bar kada je energija u pitanju, a ujedno treba I da pokau da su prednosti biomase kao energenta daleko vee od njeni nedostataka.

Bibliografija

[1] Wikipedia, "Elektrane na biomasu i otpad", http://hr.wikipedia.org/wiki/Elektrane_na_biomasu_i_otpad (22.april.2015.)

[2] "Energetske transformacije", http://powerlab.fsb.hr/enerpedia/index.php?title=ENERGETSKE_TRANSFORMACIJE (22.april.2015.)

[3] Obnovljivi izvori energije u BiH: Slabo iskoritene mogunosti, http://www.energetika.ba/biomasa/8381-obnovljivi-izvori-energije-u-bih-slabo-iskoristene-mogucnosti.html (02.maj.2015.)

[4] Doc.dr.sc. Damir ljvac, "Obnovljivi izvori energije - Energija biomase", 2008.

[5] Dr. sc. Damir Rajkovi, "Proizvodnja i pretvorba energije", 2011.

[6] Wikipedia, "Bioelektrana", http://hr.wikipedia.org/wiki/Bioelektrana (22.april.2015.)

[7] Prof. dr. Mirsad onlagi, "OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE", Tuzla, maj 2010.

[8] Wikipedia, "Biomasa", http://hr.wikipedia.org/wiki/Biomasa#Kruta_biomasa (22.april.2015.)


Recommended