Pienen mittakaavan lämmön ja sähkön yhteistuotantolaitokset - Terminen kaasutus - Muut puu -CHP tekniikat - Sterling - ORC - Mikroturbiini - Biokaasu

Transkriptio

1 Pienen mittakaavan lämmön ja sähkön yhteistuotantolaitokset - Terminen kaasutus - Muut puu -CHP tekniikat - Sterling - ORC - Mikroturbiini - Biokaasu Syöttötariffi Suomessa

2 Puukaasu ja biokaasu -kaasuseoksia joiden tuotantotekniikka ja koostumus on erilainen Puukaasu, häkäkaasu N 2 ~ 50 % CO ~ 20 % H 2 ~ 20 % CO 2 ~ 7 % CH 4 ~ 3 % Lämpöarvo ~5 MJ/m 3 Biokaasu, mädätyskaasu CH 4 ~ 65 % CO 2 ~ 33 % N 2,O 2,H 2 S, H 2 ~ 2 % o Lämpöarvo ~ 20 MJ/m 3

3 Termisessä kaasutuksessa; kaksi pääperiaatetta: Vastavirta - Myötävirta

4 Stratified Downdraft

5 System Imbert

6 Kaasun epäpuhtaudet Kaasussa ei saa olla tervaa Terva pilaa moottorin, jumittaa venttiilit ja syövyttää laakerit rikki Terva tukkii kaasun suodatussysteemin Terva ei ole ongelma jos tietää mitä tekee, tervaa ei ole pakko tuottaa Kaasussa on nokea ja tuhkaa Noki likaa moottorin ja tuhka myös kuluttaa sitä Noen ja tuhkan pitää poistaa kaasusta ennen moottoria Poistossa voidaan käyttää useita eri menetelmiä, sekä kuivia että märkiä suodatusjärjestelmiä

7 Polttoaineeksi käy puu tai turve eri muodoissa, mutta kaasuttimen pitää olla oikein säädetty käytettävälle polttoaineelle

8 Tulipesän säätäminen eri polttoaineilla toimivaksi tehdään tutkimalla sen sisältöä

9 Esimerkkejä puukaasu -CHP laitteista

10 ProAgria/ SLF, Fredrik Ek

11 ProAgria/ SLF, Keskusten Fredrik Ek Liitto/Maarit Kari

12 Rakensin Eerin Rosenströmin kanssa puukaasukäyttöisen pienvoimalan syksyllä 2006

13

14 Spanner re 2

15 Spanner GMbH Saksa kwel

16 Spanner re 2 Marraskuussa 2012, 170 laitosta rakennettu Kaksi kokoa mutta yksi moottori 5,7 l GM V8 30 kwe ( ) 50 kwe ( ) Valmistajan antamien tietojen mukaan käyttötuntia vuodessa per laitos Perinteinen myötävirtakaasutin kuivalla suodatusjärjestelmällä Laitos käyttää hyvänlaatuista haketta (15 % kosteus) Hakekulutus (30 kwe) : ~4 im 3 /vrk Hakkeesta sähköä hs. ~0,23

17 Georg Hofer Velden Saksa: Spannerin rakentaman puukaasulaitoksen avulla tuotetaan 30 kw sähköä valtakunnan verkkoon ja noin 100 kw lämpöä sahan ja parkettitehtaan puutavaran kuivatustarpeisiin. Hake kuivataan laitteiston hukkalämmöllä kuivaksi ennen käyttöä Alles was naβ ist, heiβt Teer

18 Laitos on ollut käytössä vuodesta 2009 lähtien. Ei tervaongelmia ensimmäisten kahden kuukauden jälkeen. Laitos käy vuorokauden ympäri. Moottoriöljy vaihdetaan 600 tunnin välein, vaikka valmistajan suositusvaihtoväli on 300 tuntia Moottorina amerikkalainen 5,7 litran V8, 1500 rpm. Korotetut puristuspaineet. Laitoksen omistaja on hyvin tyytyväinen laitokseensa.

19 Christof group Krammer

20 Franz Krammer, Christof group Itävalta: 13 kwe ja 22 kwe kaasuttamalla. Prosessin kuvaus: Jousipurkain ja sulkupellit hakkeen ilmatiiviseen syöttöön Imbert-tyyppinen kaksivaippainen kaasutin hyvin eristetty Sykloni karkean lentotuhkan poistoon Jäähdytin (noin 80 C) jäähdytyslämmön talteenotto Hakkeella täytetty suodatin (tuhkan ja noen poistoon) Rapsiöljysuodatin (tervan ja hienon noen poistoon) Kipinäsytytteinen kaasumoottori + generaattori, lämmön talteenotto

21 Tuotekaasun lämpöä palautetaan sekä ensiöilmaan että hakkeeseen, tämä auttaa siinä, että voidaan käyttää jonkin verran kosteata haketta Kuvan laitos käy noin 2000 h vuodessa ja toimii maatilahotellin lämmitysjärjestelmänä

22 Kuntschar

23 Kuntscharin myötävirtakaasuttimessa ei ole kuristusta, arina on lieriön muotoinen ja kiinteä. Suuttimet ovat halkaisijaltaan isot, ei ulkonemaa. Sulkusyöttimenä käytetään hydraulista mäntää joka painaa hakkeen kaasuttimeen, lisävarmistuksena on liukuva sulkupelti. Kulutus noin 15 irtokuutiota hyvänlaatuista haketta vuorokaudessa. Hyötysuhde hake-sähkö ~0,23

24 Kuntcharin laitoksen sähköntuotannon tehoksi ilmoitetaan kw, laitos missä vierailtiin tuotti mittarin mukaan 130 kw:n tehoa verkkoon. Lämpöä talteen: Moottorin vaipasta 150 kw, pakokaasuista 80 kw. kaasun jäähdytyksestä 40 kw. Moottorin iskutilavuus 21 litraa (MAN V 12) 1500 rpm, vapaasti hengittävä kone. Keraamiset suodatinsukat, suodatus 500 asteen lämmössä, sukkien kestoikä Kuntscharin mukaan noin vuosi, mutta märällä hakkeella lyhyempi. Laitoksen hinta ilman hakkeen syöttölaitteita: Marraskuu 2011: 10 laitosta rakennettu, tavoite 2012: laitosta lisää. Valmistajan sanojen mukaan päästään laitoksella ~7000 käyttötuntiin vuodessa

25 Kotimaisia laitoksia

26 Volter Oy Kolme laitosta rakennettu 30 kwe (helmikuu 2012) Eniten käyttötunteja Kempeleen ekokylän laitoksella Säädettävä myötävirtakaasutin kuivasuodatuksella

27 Gasek Oy Kolme laitosta rakennettu, mutta kuinka paljon käyvät? 9 kwe Sterlingmottorilla varustettu laitos toimii melko hyvin 100 kwe laitoksen kehitystyö käynissä. Retrofit kaasutin joka tuottaa kaasua yli 500 kw:n teholla Kaasu voidaan myös polttaa kattilassa pelkäksi lämmöksi Siirrytään märkäsuotimesta kuivasuotimelle Perinteinen myötävirtakaasutin muutamilla hienoilla lisäyksillä Mitä kuivempi polttoaine, sen paremmin prosessi toimii, aikaisemmin esitetty 35 % optimikosteus ei päde

28 Puukaasu maailmalla Maailmalla puukaasu- CHP laitoksia käytetään pääsääntöisesti kehitysmaissa missä ne korvaavat dieselaggregaatteja Kehitysmailla työvoimakustannukset ovat alhaiset, työläs polttoaineen valmistus On esimerkkejä kasvihuonekäytöstä ja teollisista sovelluksista teollisuusmaissakin Puukaasu CHP sekä pelkkä lämpö, öljy tai kaasukattiloiden retrofit sovellutuksia Meillä uutta tekniikkaa, luotettavuus avoin kysymys, kaasun laatu käytännön elämän polttoaineella moottorin ja muun laitteiston kestoikä Pro Agria SLF, Fredrik Ek

29 Padasjoen Arrakosken sahalaitos kävi yli 40 vuotta sahaustoiminnan sivutuotteilla kaasutustekniikan ja polttomoottorin avulla

30 Puukaasukäytön haasteita Tuotekaasun puhtaus, valtaosa puukaasukokeiluista kaatuneet kaasun tervapitoisuuteen Terva ongelma sekä CHP puolella että lämpöpuolella, tiivistyvä terva, moottorin venttiilinvarret, putkitukot, huoltotyö Tervapitoiset lauhteet ovat ympäristöongelma, musta tuhka sisältää nokea. Kriittistä on hallita kaasutusprosessi siten että tervaa ei muodostu, lämpötilanhallinta kaasuttimessa. Kaasuttimen säädöt Polttoaineen kosteus Polttoaineen palakoko ProAgria SLF, Fredrik Ek

31 Puukaasusähkön kannattavuus Polttoaineen primäärienergiasta saadaan sähkönä % Osa lämmöstä hankalasti hyödynnettävissä, tuotekaasun jäähdytystarve vs. paluuveden lämpötila, hyvät paikat jossa lämmitetään kasteluvettä tms. kylmää Puukaasuvoimalaa pitää katsoa lämmityslaitteena joka tuottaa lämmön lisäksi myös sähköä Syöttötariffin tai ostosähkön hinnoilla: Sähkön arvolla kattaa suunnilleen polttoaineen kustannukset, muut kulut katettava lämmön arvolla

32 Sterlingtekniikka

33 Sterlingtekniikka Saksalainen Sunmaschine Itävaltalainen KWB Tanskalainen Stirling dk

34 ORC laitokset

35 ORC (Organic Rankine Cycle) laitoksia on perinteisesti käytetty muuttamaan osan jonkun toisen prosessin jätelämpövirrasta sähköksi Toimintaperiaate muistuttaa höyryturbiinin, mutta veden sijaan käytetään toista ainetta jolla on vettä matalampi kiehumislämpötila ja joka ei muodosta pisaroita turbiinin viimeisissä expansiovaiheissa Kuvassa hollantilainen Triogen laitos on asennettu hyödyntämään biokaasumoottorin pakokaasulämpöä, yritys on myös rakentanut kolme hakekäyttöistä laitosta

36 Italialaisen Turbodenin ORC laitoksia: 1-10 MWe hakkeesta

37 Kuumailmaturbiini

38 Kuumailmaturbiini Ilmaa paineistetaan kahden turboyksikön avulla, kuumennetaan hakelämpökattilassa olevassa lämmönvaihtimessa ja paisunnetaan neljän turboyksikön kautta. Ensimmäiset kaksi pitävät kierron yllä ja kaksi viimeistä pyörittävät generaattoreita Tuotetun sähkön jännite ja taajuus säädetään invertteritekniikan avulla Laitoksia on kokoluokassa 25 kwe -100 kwe, turbot ovat kokeiltuja standardikomponenttejä pitkällä eliniällä, laitos pärjää verrattain vähäisellä ylläpidolla. Tekniikalla on päästy 8000 käyttötuntiin vuodessa. BrittiläinenTalbotts

39 Biokaasun tuotantotekniikkaa

40

41 Tusinan verran tilakohtaisia biokaasulaitoksia Suomessa Virtaala, Haapavesi Hannula, Tynkä Riihimäki, Halsua (Jungerå, Jepua) Junttila, Nivala Kalmari, Laukaa Salmela, Orivesi Maaninka MTT Koivunen Virrat Juva Koivunen, Taipalsaari (Piikkiö)

42 Perustietoa biokaasusta Raaka-aine: lanta, biojäte, viljeltyä biomassaa 1 m 3 metaania = 10 kwh energiaa, vastaa 1 litraa polttoöljyä Biokaasukuutiosta saadaan: noin 6 kwh energiaa noin 2 kwh sähköä

43 Raaka-aineena biojätettä

44 Biokaasulaitoksen prosessikuvaus BLANDNINGSTANKAR Organiskt material Organiskt avfall Grödor/gödsel HYGIEN- ISERINGSTANK RÖTKAMMARE UPPGRADERINGSANLÄGGNING GASMOTOR_ GENERATOR el/värme GASPANNA värme BIOGÖDSEL (rötrester) Hushållningssällskapet

45 Kuivamädätys Pinottavien syötteiden mädätykseen Kuiva-ainepitoisuus 30-35% Vettä pumpataan massan päälle Vaatii pidempää viipymä-aikaa

46 Kaasun saanto per kuutio märkämassaa

47 Saksassa 500 kw sähköä maissista Raaka-ainetta per vuorokausi tuottamaan jatkuvaa 500 kw:n tehoa: 7 tonnia sianlietettä 4 tonnia säilöheinää 9 tonnia maissia 3,5 tonnia ruista 500 kw x 24 h = kwh /vrk ~16 senttiä/ kwh sähkönmyynti 1900 / vrk Hinta taattu 20 vuodeksi

48 Mädätysjäännöksen varastointi samassa laakasiilossa missä syötekin varastoidaan

49 Täytyykö biokaasulaitoksen näyttää tältä?

50 Biokaasua Intiassa

51

52 Methator Oy: Lannan separointi kuivaan ja märkään fraktioon Vain nestemäinen ja helposti pumpattava osa lannasta biokaasulaitokseen, nopea läpimenoaika Kuiva-aine kompostointiin, noin 40 % biokaasupotentiaalista jää hyödyntämättä Muovisäiliöt; pieni tilavuus ja edullinen hinta Perinteiseen tekniikkaan verrattuna heikko kaasunsaanto, laite kompakti ja melko edullinen

53 Dranko Linde Strabag Bioferm (Loock) Weltec (Haase)

54 Suomen syöttötariffi Suomessa syöttötariffi tuli voimaan vuonna 2011 Koskee uusia tuulivoimaloita (aikaisintaan vuonna 2009 käyttöön otettuja) Uusia biokaasulaitoksia joissa ei ole käytettyjä komponentteja Uusia puupolttoainetta käyttäviä CHP laitoksia Uusia ja vanhoja metsähaketta käyttäviä voimalaitoksia Tuen taso sekä muut ehdot Tuulivoimalat: 83,5 /MWh (105,3 /MWh vuoden 2015 loppuun saakka) Tukena maksetaan tavoitehinnan ja markkinahinnan erotus Generaattoriteho vähintään 500 kva Biokaasulaitokset ja puuta käyttävät CHP laitokset: 83,5 /MWh plus 50 /MWh jos lämpö hyödynnetään (kokonaishyötysuhdevaatimus) Generaattoriteho vähintään 100 kva Metsähaketta käyttävät voimalaitokset: 0-18 /MWh CO 2 päästöoikeuksien hinnasta riippuen Suomessa tuki maksetaan valtion budjetista, siis verorahoista. Tästä seuraa myös valtiontuen byrokratia ja hallinnolliset kustannukset

55 Suomessa on tällä hetkellä syöttötariffin piirissä: 10 tuulivoimahanketta 47 ainakin osittain metsähaketta käyttävää voimalaitosta joiden keskimääräinen generaattoriteho on 70 MW Järjestelmässä ei ole ainuttakaan biokaasulaitosta tai puuhaketta käyttävää laitosta!

56 Saksan syöttötariffi Saksassa sähkön myyjät on laissa (EEG 2000) velvoitettu ostamaan uusiutuvalla energialla tuotetun sähkön takuuhintaan Saksassa sähkön myyjät siirtävät tariffien aiheuttamat kustannukset asiakkailleen, tariffit maksavat siis loppukädessä melkein kaikki ketkä sähköä ostavat Saksassa tuen taso vaihtelee suuresti tuotantotavan mukaan: Aurinkosähkö: noin 200 /MWh (on ollut aiemmin peräti 600 /MWh) Puupolttoaineesta tuotettu sähkö: noin /MWh Biokaasulla tuotettu sähkö noin: 160 /MWh (riippuu mm. syötteistä ja tekniikasta) Tuulivoima ~90 /MWh ensimmäiset 5 vuotta (käytännössä kauemmin) sitten 50 /MWh Saksan tuki maksetaan 20 vuotta. Uusien laitosten tuki laskee vuosittain tekniikasta riippuen 1-10 % Ei alarajaa, pieni laitos saa korkeamman tuen kuin iso laitos

57 Saksassa 57 % syöttötariffisähköstä on tuulisähköä, osuus tuesta ~40 % Aurinkosähkön osuus tariffisähköstä on 20 %, osuus tuesta 55% Parhaimpina aurinkotunteina yli puolet Saksan kulutuksesta on katettu aurinkosähköllä!

58 Miksi Suomessa ei ole sähkön pientuotanto syöttötariffissa mukana? Asetettiin korkea alaraja teholle millä rajattiin pientuotannon ja tietyt tekniikat pois puuta käyttävät laitokset ja biokaasulaitokset: 100 kva. tuulivoimalat: 500 kva Luotiin raskas ja kallis hallinnointibyrokratia joka sekin sulkee pientuotannon pois kynnyskustannuksen kautta. Energiamarkkinaviraston hyväksymien todentajien palveluja on käytettävä joka kerta kuin tariffimaksatusta haetaan. Todentajien päivätaksa on luokkaa 1500 ja raportti on laadittava neljä kertaa vuodessa. Energiamarkkinavirastolle jätetty hakemus maksaa 170 / kerta. Taustalla Saksan mallin mukaisen syöttötariffin perustuslakivastaisuus Asetettiin laitoksille ehdoton uutuusvaatimus (laitoksessa ei saa olla yhtään käytettyä komponenttia) Tämä on sulkenut biokaasulaitoksia pois ja nostaa laitosten hintaa Järjestelmä tehtiin vain tietyille energiamuodoille (tuuli, biokaasu ja puu) Järjestelmä on tarkoituksella luotu isoja energiatoimijoita varten Taustalla suurten energiayhtiöiden lobbaus ja byrokraattisen valtiontukijärjestelmän oheiskustannukset

59 ProAgria Svenska lantbrukssällskapens förbund