Kogenerace - použití zvláštních plynů, obnovitelné zdroje energie a ekonomická motivace (II)

Výroba elektrické energie z obnovitelných zdrojů energie získala silnou legislativní podporu schválením zákona 180/2005 Sb. o podpoře výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů energie (zákon o OZE). Zákon si klade v zájmu ochrany klimatu a ochrany životního prostředí za cíl podpořit využití obnovitelných zdrojů energie, zajistit trvalé zvyšování podílu obnovitelných zdrojů na spotřebě primárních energetických zdrojů, dále přispět k šetrnému využívání přírodních zdrojů a k trvale udržitelnému rozvoji společnosti, a zejména vytvořit podmínky pro naplnění značně ambiciózního indikativního cíle: v roce 2010 dosáhnout 8% podílu výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů na hrubé spotřebě elektřiny v České republice a v dalším období tento podíl dále zvyšovat.

Kombinovaná výroba tepla a elektrické energie je významným opatřením při zvyšování efektivnosti využití energetického obsahu primárního paliva. V oblasti obnovitelných zdrojů ve smyslu zákona o OZE je významné použití plynných paliv získaných transformací biomasy, nebo přírodního původu.

Zvláštními plyny se pro kogeneraci obvykle rozumí spektrum všech hořlavých plynů, kromě plynu zemního. Zdroje plynů se nacházejí jak v přírodě, tak v mnoha oblastech lidské činnosti. Jedním z kriterií při posuzování vhodnosti plynného paliva pro kogeneraci je výhřevnost. Pro ilustraci lze uvést rozsah použitelných výhřevností. Začíná od plynů z chemické výroby, přes vysokopecní plyn, dřevoplyny a celý sortiment plynů pyrolýzních. Následuje vodík, který má kvůli absenci uhlíkových atomů v molekule výhřevnost značně nízkou. Jednotlivé zdroje se většinou pohybují ve značném rozsahu, podle technologie přípravy plynu a chemického složení. S vyšším počtem uhlíkových atomů v molekule se však výhřevnost prudce zvyšuje. Za standard se považuje výhřevnost metanu - tedy zemního plynu s výhřevností okolo 34 MJ/Nm³ anebo přibližně 10 kWh/Nm³. Používání kapalných plynů propanu a butanu není pro kogeneraci typické, i když instalace jednotky na propan je na našem území známa.

Bioplyn zaujímá ve spektru hořlavých plynů zvláštní místo. Dílem kvůli četnosti výskytu, dílem kvůli přijatelné výhřevnosti a ostatním fyzikálním parametrům.

Bioplyny jsou směsí metanu a kysličníku uhličitého. Obvykle to bývá 60-70 % metanu CH₄, 30-40 % kysličníku uhličitého CO₂ a 0,1-1 % dalších plynů jako je vodík H₂ a sirovodík H₂S. V populárních příručkách se uvádí, že 1 normální metr krychlový má energetický obsah jako 0,6 litru topného oleje nebo 0,65 Nm³ zemního plynu. Jde o produkt kvašení organických substancí za anaerobních podmínek, tedy bez přístupu vzduchu. Jeho výhřevnost se pohybuje okolo 2/3 výhřevnosti metanu a pohybuje se mezi 22 - 24 MJ/Nm³. Může být proto náhradou za fosilní paliva. Navíc jde o palivo charakterizované "CO₂ - neutralitou", množství oxidu uhelnatého pohlcené při růstu organické hmoty se rovná množství, které je emitováno ve spalinách.

Zdrojem bioplynu je široké spektrum organických materiálů, které se hodí pro anaerobní kvašení. Například - dobytčí kejda nebo slamnatý hnůj, biologicky rozložitelný odpad ze separovaného komunálního sběru, kaly ze splaškových vod, použité organické tuky, biologické odpady z potravinářských výroben jako jsou pivovary, lihovary, výroba vína, ale i cukrovary a papírny. Pro anaerobní digesci je použitelná i tráva. Naopak - lignin obsažený v dřevní hmotě není vhodnou potravou pro metanogenní bakterie. Dřevo se tedy pro "mokré procesy" anaerobního kvašení nepoužívá. Hořlavé plyny se z něj lépe získávají procesem rozkladu termického.

Bioplyn vzniká jako produkt metabolismu metanogenních bakterií. Proces může probíhat ve speciálních reaktorech bioplynových stanic, ve vyhnívacích nádržích čistíren odpadních vod, nebo přímo v tělesech skládek komunálního odpadu. Podmínkou průběhu procesu je nepřítomnost kyslíku, konstantní teplota a hodnota pH 6,5 až 7,5. Rozklad může probíhat při třech rozdílných teplotách - 15 °C (chladnomilné organismy), 35 °C (mezofilní organismy) a 55 °C (termofilní organismy). Rozklad substrátu trvá přibližně 10 dnů pro termofilní, 25 - 30 dnů pro mezofilní a 90 - 120 dnů pro chladnomilné. V čistírnách odpadních vod se dlouhou dobu používaly systémy mezofilní. Kvůli hygienizaci vystupujícího kalu a zvýšení produkce bioplynu se v posledních letech stále více objevuje použití procesu termofilního.

Energocentrum pro čistírnu odpadních vod používá bioplyn jímaný ve dvou plynojemech a v době jeho nedostatku i zemní plyn z veřejné sítě. V budově jsou osazeny dva kotle a dvě kogenerační jednotky.

Motivací pro využití bioplynu k výrobě elektrické energie je přijetí zákona 180/2005 Sb. O podpoře výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů energie a o změně některých zákonů. Na paragraf 6 tohoto zákona navazuje Cenové rozhodnutí ERÚ č. 10/2005 ze dne 18. listopadu 2005, kterým se stanovuje podpora pro výrobu elektřiny z obnovitelných zdrojů energie, kombinované výroby elektřiny a tepla a druhotných zdrojů. Ceny uvedené v dalším textu neobsahují daň z přidané hodnoty. (kompletní tabulka Výše výkupních cen a zelených bonusů). Pro elektřiny vyrobenou z obnovitelných zdrojů energie platí výkupní ceny a zelené bonusy a další určené podmínky. Výkupní ceny se uplatňují za elektřinu dodanou do sítě, kterou se hradí ztráty v rozvodné síti. Zelené bonusy se uplatňují za elektřinou dodanou výrobcem obchodníkovi s elektřinou nebo oprávněnému zákazníkovi a dále za ostatní vlastní spotřebu elektřiny. Číselné hodnoty jsou uvedeny v následující tabulce:

Pro elektrickou energii vyrobenou z kogenerace a ze spalování druhotných zdrojů platí pevné ceny a příspěvky k ceně elektřiny, účtované místně příslušnému provozovateli distribuční nebo přenosové soustavy ("sítě"). Tato další ustanovení platí i pro kogeneraci spalující zemní plyn.