Tutkittua tietoa lähibioenergiasta. Professori Esa Vakkilainen Lähibioenergiaseminaari ja Lohjan Saaristo -päivä 1.8.

Transkriptio

1

2 Tutkittua tietoa lähibioenergiasta Professori Esa Vakkilainen Lähibioenergiaseminaari ja Lohjan Saaristo -päivä 1.8. Lohjansaaressa

3 LUT LYHYESTI Lappeenrannan teknillinen yliopisto (LUT) on ketterä, kansainvälinen tekniikkaa ja taloutta yhdistävä tiedeyliopisto.

4 LUT: Suomen suurin yliopistollinen energia-alan kouluttaja ja tutkija ¾ LUT:n opiskelijoista opiskelee tekniikkaa 8 tekniikan koulutusohjelmaa 20 kw omaa tuulivoimaa GREEN CAMPUS ainutlaatuinen tutkimus- ja opetusympäristö ilmentää LUT:n vahvaa energiaosaamista ja uusiutuvien energialähteiden tutkimusta ratkaistaan tieteen ja teknologian avulla ekologisia ongelmia hyödynnetään omia innovaatioita Oma tuulivoimala, aurinkovoimala ja Smart Grid (älykäs sähköverkko) 3. suurin aurinkovoimala Suomessa 20 Sähköpolkupyörää

5 Energia ja elintaso Energian pyörittämä konevoima mahdollistaa tilavat, mukavat asunnot kaikille ja paljon halpoja kulutustavaroita. Suuri orjalauma palvelee meitä jokaista 7/29/2015 LUT Energia /Larjola 5

6 Ihmisen teho Ihminen pystyy tuottamaan W tehon kovasti työskennellessään. Kilowatin tehon tuottamiseen tarvitaan siten noin viisi ihmistä Jos sähköä tuotettaisiin ihmisvoimalla, ja generaattorin veivaajille maksettaisiin minimipalkka, tulisi sähkön hinnaksi 35 /kwh Ihmissähkö on siten noin 300 kertaa kalliimpaa kuin verkkosähkö 7/29/2015 LUT Energia /Larjola 6

7 Mikä on uusiutuvaa energiaa? Yleisesti uusiutuva energia on energiaa joka uusiutuu luonnon prosessien kautta, ja jonka käyttäminen ei haittaa maapallon luonnollisia prosesseja. Tärkeysjärjestyksessä: Vesivoima <= auringon lämpö höyrystää meren vettä Tuulivoima <= auringon lämpö synnyttää paine-eroja Biomassa (metsä, peltokasvit) <= auringon säteily ylläpitää fotosynteesiä Aurinkopaneelivoima ja termiset aurinkovoimalat <= auringon säteily Geoterminen energia <= maan sisuksen valtava lämpövarasto Biokaasu <= syntyy mätänevästä biomassasta Vuorovesivoima <= kuun kiertoliike synnyttää vuoksen ja luoteen Aaltovoima <= tuuli synnyttää aallot

8 Uusimaa ~ 10 % uusiutuvaa Footer

9 Etelä-Karjala ~ 90 % uusiutuvaa Footer

10 Muutoksen aika Investoinnit, maan käyttö, rakennukset Biomassavarat, raaka-ainepohja Jätteestä energiaa Aurinko Tuuli Kierrätys Sähköä ja lämpöä Aurinkopaneelit Kuluttajat Tuulivoimalat Biotuotteet Biojalostus Biokaasu Biojalostamot paperi tekstiilit, kuitutuotteet Biomassakattilat Kuluttajat Bioenergia Teollisuus Biomassa Bion poltto Vaativat sovellukset F-T pakkaukset Kuluttajat biomuovit Kuitu biopolymeerit päällysteet Biopolttoaineet Diesel Sähkön ja lämmön tuotanto nanoselluloosa elintarvike- lääke- Ja kemianteollisuus

11 Parikkalan kunta - bioenergiaa Biotalouden kehittäminen Parikkalassa hanke Parikkalan kunta on ollut mukana Kohti hiilineutraalia kuntaa (HINKU) -hankkeessa vuodesta 2008 lähtien Parikkalassa tekeillä useita bioenergiaprojekteja Biokaasun hyödynnys Biomassan kuivaamo Bioterminaali Torrefiointi Footer

12 Biomassan konversio Biomassa Yli-ilma Ei ilmaa Osailmastus Ei ilmaa Ei ilmaa Polttaminen ( ºC) Torrefiointi ( ºC) Kaasutus ( ºC) Pyrolyysi ( ºC) Suora nesteytys ( ºC) torrefioitu biomassa Synteesikaasu Tervanmuodostus biohiili bio-öljy synteesi jalostus Lämpö ja sähkö Bio-polttoaineet

13 OMAEHTOISTA BIOENERGIA

14 Biokaasun teko lannasta ja nurmesta Mädätys Anaerobista hajotusta Mesofiilinen (35 38 o C), Termofiilinen ( > 55 o C) Märkämädätys (kosteus %) kuivamädätys (kosteus < 80 %) Lopputuotteena mädäte ja biokaasu Mädäte Sisältää ravinteet Massamäärältään sama kuin käytettyjen raaka-aineiden massa Biokaasu Sisältää n % metaania ja loppu hiilidioksidia

15 Biokaasu: suljetussa tilassa biomassasta, ruuantähteistä ja lannasta syntyy lähinnä metaania (CH 4 ) sisältävää kaasua Kaasumoottori, joka tekee biokaasusta sähköä Biokaasureaktorit 7/29/2015 LUT Energia /Larjola 15

16 Rakennetaan alueellinen laitos Biovakka t/a M, Biokymppi t/a 4.7 M

17 Biokaasulaitoksia Suomessa

18 Biokaasun hyödyntäminen

19 Biohiili Valmistetaan pyrolyysiprosessilla, lopputuloksena torrefioitua puuta ( C) tai puuhiiltä (>400 C) Raaka-aineena toimii yleensä puuhake, mutta myös muuta biomassaa voidaan käyttää. Valmistusprosessissa muodostuu myös jonkin verran pyrolyysiöljyjä Alhainen kosteuspitoisuus (hydrofobinen) Lämpöarvo 18,5-33 MJ/kg Polttoaineeksi kivihiilen tilalle

20 LUT-HY Biohiilen levitystä kasvun parantamiseksi University of Helsinki, 2010

21 Miktech, Ristiina bio-logistiikkakeskus t/a haketta Biohiilen tuotanto t/a (2 x t/a), 1.2 TWh/a Raaka-ainetta saatavilla Satama ja rata vieressä Figure: Miktech Oy, 2013

22 Integroitu pyrolysaattori VTT-Metso-UPM-Fortum

23 Biomassan kaasutus on Suomalaista kaupallista tekniikkaa Vaskiluodon Voima 169 MWth biomassan kaasutus starttasi 2012.

24 SÄHKÖÄ BIOMASSALLA

25 LUT Energia BioCHP sähköä ja lämpöä biomassasta Suomessa pieniä alle 100 kw laitoksia esim. Airia Keuruun Energia Lappeenrannassa ~100 kwe EkoGen Mikroturbiineita Jarotek SpeedWell Isompia höyry voimalaitoksia 1 MWe Valmet Power

26 LUT BioCHP- (mikroturbiini) Tutkitaan Palamista Lämmön siirtoa Energian muuntoa Sähkön siirtämistä verkkoon Säätö ja automaatio Huolto

27 Hake- tai olkikattilan yhteyteen voidaan asentaa Mikro-ORC laitteisto, joka muuntaa osan tuotetusta lämmöstä sähköksi Hake-, halkotai olkikattila Mikro-ORC Mikro-ORC:n nimellisteho on noin 10 kw sähköä Tätä varten se tarvitsee lämpötehoa kw

28 Mikro-ORC:n prototyyppi on parhaillaan koeajossa LUT:n laboratoriossa Kattila Turbogeneraattori-syöttöpumppu 7/29/2015 LUT/Micro ORC Core Team 28

29 PIENENNÄ ÖLJYLASKUSI

30 Esimerkkikohde maalämpöpumpulle

31 Lämpöpumppu

32 Investointi Maalämpöpumppu 6100 Maalämpökaivo 200 m syvä Porattu kallioon 5000 Lattialämmitysjärjestelmä 3800

33 Kannattavuus

34 PORSKUTA OMALLA SÄHKÖLLÄ

35 Lappeenrannan yliopistossa (LUT) päällystettiin Energiatekniikan laitoksen katto. Huipputeho 220 kw 7/29/

36 Lappeenranta vastaa Frankfurtia aurinkosähkön tuotantopotentiaaliltaan

37 Mitä aurinkosähkö maksaa

38 Miten aurinkosähköprojekti etenee

39 Suuntaus on tärkeää (ja varjojen poisto)

40 Netissä työkaluja tuotannon arviointiin

41 Tuulivoima: energiaa määrättömästi Maapallolla tuulee niin paljon, että sillä voitaisiin tuottaa kaikki energia. Tuulivoimalan teho P = vakio * potkurin pyyhkäisy-ala A * tuulen nopeus v potenssiin kolme (v 3 ) Ylhäällä tuulee paljon kovempaa kuin maan pinnalla Kannattaa siis tehdä iso potkuri (A), tehdä korkea masto ja laittaa voimala tuuliseen paikkaan (kuten meren rannikolle) Tyypillisiä mittoja: Teho 5 MW, potkurin halkaisija on 170 metriä, tornin korkeus 145 metriä, tornin tyvihalkaisija 6 metriä 7/29/2015 LUT Energia /Larjola 41

42 Pientuulivoima Pientuulivoimaloita käytetään mm. Maataloudessa Kotitalouksissa Vapaa-ajan asunnoissa Voidaan asentaa sekä sähköverkossa olevaan taloon että sähköverkon ulkopuoliseen. Pientuulivoimala on voimala, jonka lapojen halkaisija alle 16 m ja teho alle 50 kw. Tyypillisiä kokoja: Kesämökkilaitteet muutaman 100 W tehoisia, lapojen halkaisija n. 2 m Verkkoon liitettävät voimalat yli 2 kw, lapojen halkaisija yli 4 m, Maston korkeus 5-30 m

43 ELÄMÄSI VALINTA

44 Miten eteenpäin SELVITÄ ITSELLESI OMAT TARPEESI/ODOTUKSESI, HALUATKO: Säästää rahaa, Lisätä käyttövarmuutta, Parantaa maailmaa, Kaiken? PISTÄ ASIOISTA YMMÄRTÄVÄ SUUNNITTELIJA TÖIHIN: Ehdotukset toteutusvaihtoehdoiksi (3-5 kpl). Ehdotusten tekninen suorituskyky & vastaavuus omiin tarpeisiisi. Ehdotusten kustannusvaikutukset (investointi, vuosikustannukset, takaisinmaksuaika, elinkaarikustannukset). Pistä suunnittelija perustelemaan asiat niin, että ymmärrät ne varmasti! TILAA JÄRJESTELMÄ AVAIMET KÄTEEN KÄYTTÖÖNOTETTUNA! Jos hankinta on monimutkainen, pistä suunnittelija hommiin! Käytä sertifioituja asentajia.

45 Kiitoksia mielenkiinnosta! Useilla pienillä muutoksilla voidaan saavuttaa jotain vähän suurempaa! Muutokset eivät tapahdu hetkessä vaan ne vaativat aikaa! 45

46 LUT ENERGIA LUT Energian energia-, sähkö- ja ympäristötekniikka kulkevat tutkimuksen ja koulutuksen eturivissä.

47 ENERGIATEKNIIKKA LUT:ssa kattavinta energiatekniikan koulutusta Suomessa energian tuotantoon, siirtoon, jakeluun ja käyttöön tarvittavat tekniikat ja järjestelmät LUT kouluttaa valtaosan Suomen ydinvoima-alan osaajista punaisena lankana ovat energiatehokkuus ja ympäristöystävällisyys SÄHKÖTEKNIIKKA Kouluttaa sähkökäyttötekniikan, sulautettujen järjestelmien, elektroniikan ja sähkömarkkinoiden osaajia Keskiössä energiatehokkaat, puhtaan energian tuotantoon ja käyttöön soveltuvat laite- ja järjestelmäratkaisut Koulutuksen tukena Smart Grid: älykäs sähköverkko, jossa kulutetaan, tuotetaan ja varastoidaan energiaa

48 YMPÄRISTÖTEKNIIKKA Ympäristöosaamisella lisäarvoa liiketoimintaan Poikkitieteellinen tutkinto: tekniikka + talous + johtaminen Kansainvälinen koulutusohjelma: opiskelijoista yli kolmannes on ulkomaalaisia Laaja tehtäväkenttä: ilmastotavoitteiden edistäminen, fossiilisten polttoaineiden korvaaminen sekä puhtaan veden ja ruoan puute

49 Smart Grid & Customer Gateway at Lappeenranta University of Technology

50

51 Smart Grid & Customer Gateway at Lappeenranta University of Technology

52 Green Campus at Lappeenranta University of Technology