Hajautettu energiantuotanto

Transkriptio

1 1 Hajautettu energiantuotanto Tulevaisuuden hajautetut ja pienimuotoiset ratkaisut Ulf-Peter Granö 2011

2 2 Hajautettu energiantuotanto Tulevaisuuden hajautetut ja pienimuotoiset ratkaisut Ulf-Peter Granö Kokkola/Karleby 2011

3 3 Sisällysluettelo Sivu Hajautettu energiantuotanto 4 Biomassan hajautettu CHP-jalostus 4 Tiivistetty katsaus Bioraaka-aineiden jalostus 5 CHP- lämpövoima 5 Biomassa ja öljykasvit 6 Vihreä energia - Biomassan integroitu jalostus 7 Puukaasutus 8 Integrointimahdollisuudet 8 Vihreä kemia 9 Pienempiä yksiköitä jalostukseen 10

4 Hajautettu energiantuotanto 4 Tulevaisuudessa kasallisessa energiatuotannossa on tärkeää että hajautetut pienimuotoiset ratkaisut tulevat raaka-aineen ja kuluttajan lähelle. Valitettavasti Suomessa vielä suurehkot yritykset käyttävät resurssejansa jarruttaakseen pienimuotoisia paikallisia ratkaisuja. Toivottavasti tulevaisuudessa järki voittaa ja hajautettua energiatuotantoa voidaan kehittää pienissä yksiköissä. Varsinkin pienet CHP yksiköt (lämpö + sähkö) voivat myötävaikuttaa kestävän energiatuotannon kehittymistä. Biomassan hajautettu CHP-jalostus Suomen sekä Ruotsin metsissä on suuria määriä käyttämättömiä biopolttoaineresursseja. Niitä voitaisiin hyödyntää sähkön sekä lämmön lisäksi tulevaisuudessa myös raaka-aineina liikennepolttoaineeksi sekä kemiallisina raaka-aineina. Tekninen kehitys menee eteenpäin nopeasti, ja nykyisin maailmanlaajuisesti tutkitaan jalostusprosesseihin yksin-kertaisia sekä varmatoimisia ratkaisuja. Pienen mittakaavan ratkaisut lähialueen biomassan jalostamiseksi lähiympäristön kuluttajille

5 5 ei ole saanut toivottavia kehitysresursseja. Suomessa valitettavasti usein suuret toimijat ovat näkyvillä, ja tämän vuoksi usein myös kansallinen sekä EU- tuki kohdistuu näille. Viranomaisilla sekä päättäjillä ei ole ollut kiinnostusta tai kapasiteettia nähdä sitä merkittävää potentiaalia mikä pienen mittakaavan ratkaisuissa, esim. lämpövoimatuotannossa on. Tiivistetty katsaus Bioraaka-aineiden jalostus Seuraavassa kuvassa on yleiskatsaus, jossa vertaillaan tiivistetysti eri bioraaka-aineiden jalostusta. Bioraaka-aineet voivat olla peräisin metsästä, maataloudesta, lannasta sekä maatalousjätteestä, yhdyskuntajätteestä tai ne voivat olla esim. prosessiteollisuuden jätettä. CHP- lämpövoima Hajautetut CHP- yksiköt sähkö- ja lähilämmölle voidaan muodostaa monin eri tavoin riippuen paljon siitä minkä suuruusluokan sähköntuotantoa havitellaan. Tärkeä tekijä on taattu sähkön hinta tai sähköavustus. Joitakin esimerkkejä eri tyypin yksiköistä voivat olla, o Puuhakkeen/pelletin suora poltto + Stirling o Puuhakkeen/pelletin suora poltto + ORC (Organic Rankine Cycle)

6 6 o Puuhakkeen/pelletin suora poltto + pieni höyryturbiini o Kaasutus + suora poltto + Kaasumoottori tai Mikroturbiini o Kaasutus + suora poltto + ORC o Kaasutus + suora poltto + Kuumailmaturbiini (HAT=Hot air turbine) o Kaasutus + suora poltto sekä Stirling o Kaasutus + Kaasumoottori (mäntämoottori) o Kaasutus + Mikroturbiini o Biokaasu + Kaasumoottori o Biokaasu + Mikroturbiini o Bio-Synteesikaasu ja Biokaasu kombinaatio + Kaasumoottori tai mikroturbiini Biomassa ja öljykasvit Metsästä ja maataloudesta peräisin olevat vihreän energian raaka-aineet voivat tulla monista eri raaka-ainelähteistä. Jäljessä lyhyt katsaus; Biomassa metsästä voidaan pelkistää käsittämään, o Energiapuun, erisuuruista puuta raivauksesta ja harvennuksesta. o Hakkuujätteen, oksat ja latvat hakkuualueelta. o Energiametsän, tai lyhytkiertoisen energiametsän, esim. hieskoivun viljelyn.

7 7 Energiakasvit joita viljellään pelloilla, - Ruokohelpi, hamppu (kuituhamppu biomassaan), elefanttiheinä, jne. - Paju tai salava, viljellään pääosin pelloilla ja on energiametsän välimuoto. Maataloudesta - Olki, heinä, ja muut biokaasutuotantoon viljeltävät kasvit. Märkä biomassa - Lanta ja biojäte kuten esim. pilaantunut rehu paaleissa tai siiloissa. Öljykasvit - Rypsi, rapsi, auringonkukka, sinappi, pellava, jne. joista voidaan puristaa bioöljyä, mikä puolestaan esteröinnillä voidaan muuttaa biodieseliksi. Vihreä energia - Biomassan integroitu jalostus Pienen mittakaavan hajautetulla biomassan jalostuksella on hyvät mahdollisuudet tulevaisuudessa olla tärkeä avain alueellisessa ympäristö-ajattelussa. Uusia tekniikoita tutkimalla voidaan paikallinen biomassa-raaka-aine jalostaa paikallisille ja lähialueiden asiakkaille ja kuluttajille. Uudet tekniikat ovat mukautettuja hajautetuille jalostusprosesseille. Yhdentämistä

8 8 (integrointia) kohtaan on kasvavaa kiinnostusta niin että eri tavoin voidaan yhdistää jalostusprosesseja yhteensovittamisen kasvattamiseksi ja näin positiivisten synergiaetujen luomiseksi. Puukaasutus Biomassan kaasutuksen kautta voidaan saada käyttökelpoista tuotekaasua, joka on mielenkiintoinen kaasuraaka-aine. Sitä voidaan käyttää suoraan polttamiseen tai jatkojalostukseen. Mielenkiintoisimpien vaihtoehtojen joukossa polttoaineiden tai kemiallisten raaka-aineiden suhteen on metsäperäisten bioenergiaraaka-aineiden puukaasutus. Bio-Synteesikaasu tai tuotekaasu (puukaasu) voidaan käyttää edelleen jalostukseen puhdistuksen sekä mukauttamisen jälkeen. Käyttöalueita ovat; o Suora poltto lämmöntuotantoa varten o Suora poltto CHP yksikössä, sähkö- ja lämmöntuotantoa varten o Kaasupolttoaine sähköntuotantoon - CHP - mäntämoottorilla/kaasumoottorilla - kaasuturbiinilla - polttokennoilla (tulevaisuudessa) o Jalostus sekä jaottelu, - ajoneuvopolttoaineiksi - kemiallisiksi raaka-aineiksi Integrointimahdollisuudet Lähilämmön lämpöyksikön toimijoiden yhteensovittaminen voi tapahtua eri tavoin ja kehittyä sitä mukaa. Siksi on tärkeää heti lämpöyksikön sijoitusvaiheessa yrittää sijoittaa yksikkö siten että tulevaisuuden suunnitelmat voidaan tehdä sujuvasti. Tarvitaan maatilaa ja teille toimiva logistiikka sekä sähkö- ja lämpöyhteyksiä johtojen ja putkien muodossa. Joitakin esimerkkejä toimista integroinnin paletissa voivat olla; o Hakkeen kuivaus o CHP- yksikkö (lämpövoima, sähkö + lämpö) o Energiaterminaaleja, joilla on integroitu biomassaraaka-aineiden ja jalostettujen raaka-aineiden käsittely o Biomassan kaasutus o Aurinkoenergia o Geoenergia

9 9 o Pellettituotanto o Biokaasutuotanto maatiloilta o Biokaasutuotanto lähiyhteisöltä o Jalostus liikennepolttoaineen raaka-aineiksi Se, mitä tähän sisältyy, riippuu pääasiassa paikallisesta kehityksestä ja kiinnostuksesta. Integrointi kehittyy monesti asteittain ja on riippuvainen siitä minkälaisina jaksoina ne eri palat, joista paikallinen toiminta kehitetään, halutaan ottaa. Se mitä priorisoidaan, on kiinni enimmäkseen esimerkiksi paikallisen energiaosuuskunnan sekä lähialueen tarpeista ja kysynnästä. Vihreä kemia Synteesikaasun tai tuotekaasun jalostuksen kautta voidaan tuoda esille monia erilaisia raakaaineita sekä tuotteita. Suurimmat odotukset liittyvät liikennepolttoaineisiin fossiilisten polttoaineiden korvaajina. Kun raaka-aineena on metsästä saatava biomassa, ei se kilpaile ravinnontuotantoon soveltuvan peltoviljan kanssa. Vihreän kemian kehittymisen kautta voidaan vähentää riippuvuutta fossiilisista öljytuotteista, paikallisia bioenergiaresursseja voidaan hyödyntää paremmin, mikä voi lisätä työllisyyttä sekä omavaraisuutta alueella.

10 10 Pienempiä yksiköitä jalostukseen Hyvä vaihtoehto on se, että kaasutus sekä jalostus sijoitetaan CHP-laitoksen läheisyyteen, tällöin voidaan tehokkaasti hyödyntää kaasutusprosessista saatavaa lämpöä sekä tuotekaasun jakelua. Täten voidaan varmistaa, että laitoksessa tuotettu heikkolaatuinen kaasu sekä lämpö voidaan hyödyntää CHP-laitoksessa sekä kaukolämpöverkossa. Pienemmät biomassaa kaasuttavat yksiköt soveltuvat parhaiten paikallisiin CHP-laitoksiin yhdistettynä. Erityisesti mikäli saatavilla on tulevaisuuden kaasutusreaktoreja joissa voidaan käyttää kosteaa tai kuivaa biopolttoainetta ja samalla valmistaa puukaasua ilman tervapartikkeleita. Biomassan kaasutukseen tarkoitettujen CHP- yksiköiden, joissa vaaditaan polttoaineen kuivaus sekä joissa tulee olla tehokas puhdistus tervasta, täytyy olla riittävän suuria laitoksia jotta kaasun tuotanto olisi taloudellisesti kannattavaa. Jo tänään on olemassa hyvät mahdollisuudet hajautetun energiantuotannon myötä hyödyntää paikalliset bioenergiaraaka-aineet kestävän kehitykseen hyväksi, pienimuotoisen jalostuksen kautta.