Faapríték, mint helyi energiaforrás

Nemzetközi kitekintés

Nyugat-Európában a 70-es években felismerték, hogy a kőolajtól való függés rendkívüli mód kiszolgáltatottá teszi az országok energiaellátását. Az olajválság végeztével több ország is stratégiákat kezdett kidolgozni az energiafüggőség csökkentésére. A legtöbb energiahordozó váltásra alapuló kezdeményezés az alacsony fosszilis energiahordozó árak miatt szépen lassan elhaltak. Ausztria, Németország és Svájc vezetésével azonban egy másfajta szemlélet kezdett el terjedni. Ezekben az országokban nem csak az energiahordozó árait viszonyították egymáshoz, például faapríték kontra gáz, vagy faapríték kontra fűtőolaj, hanem elkezdték megvizsgálni a gazdaságra gyakorolt egyéb hatásokat. Ausztriában jellemzően kisebb 1-10 MW méretű faapríték tüzelésű fűtőművek épültek ezután.

 

Ami az osztrák és a német gondolkodást megváltoztatta az a következő volt:

Egy átlagos 5 MW-os kis fűtőmű  27 000 GJ hőmennyiséget termel meg egy évben. Ez hozzávetőlegesen 130 kamion faapríték eltüzelésével állítják elő (közel 3.000 tonna), melynek értéke 50-60M Forint. Évtizedekkel korábbi gázárszint mellett ez a költség 60-70 M Forint volt. Meg kell jegyezni, hogy a gázhálózat kiépítetlensége miatt a megújulók a fűtőolajjal konkurálnak ezekben az országokban, de korábban a fűtőolaj ára is alacsony szinten volt. Erre mondták a legtöbben, hogy nem érdemes beruházni.  Az osztrákok és németek másképpen gondolkoztak. Ha minden évben itt marad ez az összeg a régióban és egy energetikai beruházásnál 20-30 év távlatában gondolkodunk, akkor ez akár 1,5 Milliárd forint is lehet egy kis fűtőmű életciklusában. Nem beszélve arról, hogy az építési beruházás és a technológia legyártása is a hazai gazdaságot erősíti. Ezekben az országokban erőteljesen elkezdték támogatni az ilyen beruházásokat, nem elsősorban megtakarítási céllal, hanem lehetséges vidéket erősítő gazdasági alternatívaként. Ez annyira sikeresnek bizonyult Ausztriában, hogy több mint 3000 kis biomassza alapú távfűtőművet építettek 20-30 év alatt. Ez idő alatt kinőtte magát hét nagy ipari biomassza kazán gyártó és több kisebb háztartási méretű pellett/apríték gyártó is. Ezzel munkahelyek tízezreit létrehozva. Az osztrák biomassza kazángyártás termékei minden kontinensen - ma már piacvezetőként - jelen vannak.

Biomassza rendszerek valósulnak meg Japánban, Ausztráliában, Újzélandon, Kanadában, Oroszországban és újabban Kínában is. Megfigyelhető az igény több helyen is, hogy nem kimondottan fa alapú dendromasszából, hanem biomassza hulladékokból akarnak fűtési vagy villamosenergiát termelni.

A koncepciónak volt egy másodlagos hatása is, melyet menet közben ismertek fel, mégpedig a távfűtéssel ellátott településeken jelentősen javult a levegő minősége. Az addigi több 100 vagy 1000 kontrollálatlan otthoni tüzelés helyett, egy darab központi fűtőmű és kémény került megvalósításra, melyre már szigorú emissziós paramétereket tudtak megadni. Téli inverz időjárási körülményeknél fellélegezhettek ezek a települések, mert megszűnt a fullasztó szén-olaj-fa, vagy akár háztáji hulladéktüzelés.

Egy sikeres hazai példa

A földgáz hálózattal telített Magyarországon a kontrolálatlan vegyes hulladék-, illetve egyedi tűzifafűtéssel igyekeztek a főleg vidéki háztartások enyhíteni költség terheiken. Az uniós támogatások hatására mozdult el a holtpontról a helyi energiák hasznosítását célzó korszerű hőellátási technológia (így a biomassza energiaforrás) alkalmazása. A támogatási keretek persze nem tették lehetővé a biomassza termelés és hasznosítás rendszerszintű kialakulását, így a hazai gyártók tömeges megjelenése is elmaradt.

Egy évek óta sikeresen működő faapríték tüzelő berendezés bemutatásán keresztül próbáljuk igazolni a technológia hazai létjogosultságát.

A projekt előzményei

A Harmónia Idősek Falva szociális intézmény együttes (450 fő ellátott és 180 fő dolgozó) Gyömrőn, amely a szállásokon kívül magába foglalja a rendelőket, fizikoterápiás termeket, tornatermeket, imatermeket, foglalkoztató helyiségeket, internetes könyvtárat, éttermeket, büfét, cukrászdát, szépségszalont, vegyesboltokat, fogorvosi rendelőt.

A komplexum részét képezi egy uszoda is, amely ellátja Gyömrő és környéke lakosságának uszodai szolgáltatását, és az óvódás és iskolás gyerekeinek úszásoktatását. Évente mintegy 45 ezer vendég látogatja a létesítményt.

Mind a szociális intézmények, mind az uszoda hőenergiával történő ellátása korábban hagyományos gázüzemű kazánokkal történt. Az energiaár korábbi emelkedése elviselhetetlen terheket rótt az üzemeltetőkre. A probléma kezelésére, a költségek csökkentésére, a gáz kiváltására megvizsgáltatta az intézmény az alternatív hőellátási lehetőségeket.

Az alternatívák között szerepelt egy faelgázosító reaktor, gázmotorral, faapríték kombinálása napkollektorokkal és napelemekkel. A beruházásra azonban minimális hely állt rendelkezésre, így a nagy helyigényű ötleteket (napelem és napkollektor) sajnos nem lehetett megvalósítani. A tervező és a beruházó közös döntése alapján és az elkészült gazdaságossági számításokat figyelembevéve két technológia került a beruházók döntésének fókuszába: elsősorban a leggazdaságosabb, faaprítékos távfűtés kiépítése, mellyel ki lehet váltani a komplexum teljes fűtési- és használatai melegvízigényét. Második ütemként pedig egy faelgázosító mini fűtőerőmű létesítése, mely ellátná a komplexum villamosenergia igényét és a hulladékhővel egész évben lehetne biztosítani a használati-melegvízellátást. Jelenleg az első ütem valósult meg.

A projekt fűtési technológiájának bemutatása

A új biomassza hőközpont az épület pincéjében kapott helyet. A hőközpontban 1db Herz Biofire 500 tip. (500kW) és 1db Herz Biofire 1000 tip. (1.000kW) faapríték kazán került elhelyezésre. A kazánok tüzelőanyag-ellátását 2 db rugós behordó-mű biztosítja, melyek egy-egy behordó-csigával az erre kialakított átmeneti tárolóba szállítják a faaprítékot. Az átmeneti tárolóból függőleges faapríték szállító rendszeren keresztül jut a tüzelőanyag a felső behordó-csigákhoz, majd a csigákból a kazánok átmeneti tárolójába. A behordás teljesen automatikus.

Az alapanyag tárolás az úgynevezett heti tárolóban történik. A heti tároló kialakítása átlagosan 2-3 heti alapanyag betöltését teszi lehetővé a leghidegebb téli időszakban.

A füstgáz emisszióra vonatkozó előírások betartása érdekében ciklonok kerültek beépítésre. A keletkező szilárd égéstermék hamukihordó-csigák segítségével jut el az erre kialakított hamutárolóba, amely az épület oldalán került elhelyezésre, csapadéktól védett, fedett részen. A hamutárolót éves átlagban két-három hetente szükséges üríteni.

A hőközpontból induló és érkező, 615 fm nyomvonalú, föld felszíne alá telepített Logstor típusú, előszigetelt fűtési távvezeték hálózatban a közeget keringető szivattyúk mozgatják. Szintén itt nyertek elhelyezést a rendszer tágulását, nyomástartását és vízkezelését biztosító technológiai berendezések is.

A távvezeték hálózat névleges hőfoklépcsője 90/60°C, amely időjárás-követő szabályzással rendelkezik.

Hőkapacitások

Az intézmények méretezési hőszükséglete összesen 1.540 kW, a meglévő gázkazánok teljesítménye 2.300 kW, míg a beépített új hőcserélő kapacitás 1.950 kW.

Az épületek hőszükséglete a transzmissziós és filtrációs hőveszteség, valamint a használati melegvíz igények alapján lett meghatározva. A gázkazánok teljes kiváltására képes a fűtőmű, azonban a meglévő gázkazánok nem kerülnek eltávolításra biztonsági okok miatt.

Alapanyag tárolás, behordás és beszerzés

A föld alá süllyesztett apríték tároló lehetővé teszi, hogy az üzemeltetőnek az apríték beszállítása után egyéb apríték mozgatási feladata már ne legyen. Egy önkihordós jármű betölti az aprítékot a tárolóba, ahonnan a csigás behordás a bolygató segítségével teljesen automatikusan működik.

A tüzelőanyag (apríték) beszerezhetőségével és a szükséges mennyiség hazai biztosítása problémamentes. Az átvétel során fokozott figyelmet kell fordítani a minőségi követelmények betartása, legyen az akár nedvességtartalom vagy a méret. Amíg ki nem alakult a jelenlegi beszállítói kör, többször okozott meghibásodást a behordásban, illetve nem megfelelő paraméterekkel volt kénytelen üzemelni a kazán.

A biomassza kazánok és technológiájuk

A kazánok kiválasztásánál fontos szempont volt a kompakt felépítés és kis helyigény. A Herz Biofire aprítéktüzelésű kazánjai érzékenyek az apríték minőségére, nedvességtartalomra és méretre, de ez a kis tűztér hátránya. A kazánok csigás beadagolóval rendelkeznek, mely után bolygatott éklétrás tűztérben ég el az apríték. A tűztér végén található a hamukihordás, mely automatikus. A tüzelőberendezés után oldalt található a hőcserélő rész, mely automata hőcserélő tisztítással rendelkezik. Végül a füstgáz károsanyag-kibocsátásának csökkentésére az 500 kW-os kazánnál 1 db, az 1.000 kW-os kazánnál 2 db ciklon (multiciklon) került letelepítésre. A pinceszintről a kazánoknak egy csigás hamukihordó rendszere van, amely az épület melletti hamutároló konténerbe szállítja a keletkező hamut. Évente mintegy 1.200 tonna aprítékot tüzelnek el a kazánok és ebből 24 tonna hamu keletkezik.

A rendszer vezérlése:

A biomassza távfűtőműveknek speciálisan kifejlesztett irányítástechnikájuk van, mely több hőmérsékleti és nyomáskülönbségi adat alapján vezérli a rendszert. Gyömrőn több hibajelző is be lett kötve a rendszerbe, melyről telefonos értesítést kap az üzemeltető. Hibát jelezhet a kazán, a vízelőkészítő berendezés, a nyomástartó rendszer, az adagoló és akár a távhő-hálózatban üzemelő szivárgásjelző rendszer is. A vezérlésnek kialakítottak egy kezelőfelületet, amelyen nyomon követhetőek: külső hőmérséklet, víz hőmérséklet, kazán által megtermelt energia, hálózat által kiadott energia, puffertároló hőmérséklet és még sorolhatnánk. A bemutatott informatikai képen látszik, hogy a hálózat 433 kW hőenergiát ad ki, amikor a kazánok szinte 0 kW-ot termelnek. Ez a puffer-tárolós technológia alkalmazásának „köszönhető”.

Az üzemeltetésről

A biomassza kazánok nem alkalmasak a teljesítmény azonnali változtatására, leadására. A kazántakarékos, visszaszabályozott, „parázsoltató” üzemmódjában, több 10 perc lehet, mire leadja a maximális teljesítményt, szemben a gázkazánnal. Ezért került beépítésre a 2 db puffertároló (2 x 17 m3). A kazánok vezérlése a puffertároló hőmérséklete alapján működik, így mindig maximális hatékonysággal üzemelnek a kazánok. Amennyiben a puffertároló kihűlt, a kazán bekapcsol és felfűti az adott hőmérsékletre a puffert, majd utána kikapcsol. A komplexum fűtése és melegvíz igénye pedig a pufferről történik, és így nem jelent problémát a csúcsigények azonnali kielégítése. A puffertárolók összesen majdnem 2 x 500 kW teljesítmény leadására képesek 1 óra alatt (1.000 kWh). A rendszer vezérlése „tudja”, hogy hajnali 4-5 óra között fűtse fel a puffertárolót maximumra és utána a reggeli csúcs idején, 1 órán keresztül rendelkezésre áll a két kazán 1.500 kW-al és a puffertároló 1.000 kW-al. A jobb kazánüzemi hatékonyság miatt került beépítésre egy kisebb és egy nagyobb teljesítményű biomassza kazán. A biomassza kazánoknál elengedhetetlen a megfelelő méretezett puffertároló telepítése. Ezzel megspórolható a feleslegesen beépített kazánteljesítmény is és az aprítéktüzelés hatásfoka is jelentősen megnő.

A projekt energetikai paraméterei

És hogy milyen főbb energetikai paraméterekkel rendelkezik a rendszer? Éves szinten 40 %-al csökkent a fűtési költség a beüzemelés óta. 1.189 tonna faaprítékot használ fel a fűtőmű egy fűtési szezonban és maximálisan 13.000-14.000 GJ hőt termel a leghidegebb teleken. Az elégetett aprítékból 25 tonna hamu keletkezik.
A gépészeti berendezések üzemeltetéséhez 100.000-140.000 kWh villamos energiát használ a fűtőmű, ami a megtermelt hőenergia maximum 5 %-a lehet.

                                                                                                      

                                                                                             Garai Zsolt

A gyömrői biomassza projekt részletes bemutatása megjelent a Magyar Energetika 2013/4 számában.

                                                                A főbb projekt elemek képeken

  1. Herz Biofire 500 faapríték tüzelő kazán beépítve:
  1. Az apríték tároló látképe:
  1. Az apríték tároló csigás behordója és bolygató művei:
  1. A rendszer irányítástechnikai főképe:
© 2016 MESZSZ

Keresés