Biomasa v soustavách měst a obcí – projekty a zkušenosti (I)

Následující seriál článků bude věnován využití biomasy tou nejjednodušší formou, a to spalovacím procesem. Ukazuje se že pro tvorbu dobrého projektu je třeba pečlivě zvážit řadu okolností a v cestě k úspěšné realizaci se mohou vyskytnout různé nástrahy, které se však mohou stát stěžejními. Budou představeny některé více či méně úspěšné realizace zásobování teplem ze zdrojů na biomasu. A pokusíme se najít jak rizika, tak společné jmenovatele úspěšných projektů.

Biomasu lze dnes vnímat do jisté míry jako dostupný a bezprostředně využitelný zdroj obnovitelné energie, který má ambice v určité míře nahradit rostoucí spotřebu fosilních paliv, které jsou klíčovým problém vzrůstající koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře Země a s tím spojenými dobře známými důsledky. Biomasa je sjednocující pojem pro fytomasu a další látky biologického původu, které mají širokou škálu vlastností. Tyto vlastnosti je třeba z technického hlediska plně respektovat výběrem technologií i zařízení pro energetické využití biomasy.

Obr. 1 - Různorodé možnosti využití biomasy

Biomasa ve formě dřeva, byla do poloviny 18. století prakticky jediným palivem využívaným pro získávání užitečné tepelné energie člověkem. V 19. století dřevo výrazně nahradila fosilní paliva. Na konci 20. století je patrný návrat biomasy mezi významné položky palivové bilance i v technicky vyspělých zemích, a to právě proto, že se jedná o obnovitelný zdroj energie. Ve využívání obnovitelných zdrojů energie sehrává biomasa významnou roli a je k dispozici v mnoha formách (odpadní dřevo z těžby, piliny, sláma, obilí, zbytky ze zemědělské produkce, cíleně pěstovaná biomasa apod.).

Je zcela zřejmé, že pro efektivní využití biomasy procesem spalování nelze akceptovat nějaké univerzální zařízení. Je třeba respektovat specifika, kterými se biomasa vyznačuje, zejména vysoký podíl prchavé hořlaviny, nízká teplota tavení popelovin nebo struktura která bez mechanického narušení pomalu odhořívá. Dle výkonové kategorie, typu spalovacího zařízení, úrovně komfortu pro uživatele a druhu použité suroviny je nutné, zejména pro zařízení s nižšími výkony, biomasu dále upravit na palivo se zaručenými vlastnostmi (obsah vody, mechanické vlastnosti, zrnitost, apod.) do podoby pelet, briket, štěpky, balíků apod. V případě větších výkonů se logicky vzhledem k nákladům na dopravu volí spalovací zařízení dle dostupnosti konkrétní suroviny v místě spotřeby.

Při rozhodování o vytápění obce biomasou je naprosto zásadní zajištění dostatečného množství paliva, stejně jako zvážit, zda namísto vysokých investic do rozvodů tepla raději nespalovat biomasu v lokálních topeništích, a to např. za současného zřízení obecní výrobny peletek. Toto je vhodné zejména v místech s řidší zástavbou, případně pro doplnění systému pro vzdálenější objekty. Při rozhodování o volbě způsobu vytápění a pozdější realizaci je třeba počítat s měnícím se počtem zájemců o připojení. V prvé fázi panuje nedůvěra lidí v novou technologii, ve ztrátu soběstačnosti, a zejména obavy z vysoké ceny dodávaného tepla. Tato nedůvěra ovšem opadá poté, co si sousedé začnou pochvalovat pohodlí a katastrofické scénáře o vysoké ceně za teplo nejsou naplněny.

CZT Kašperské Hory

Ve městě Kašperské Hory byl systém zásobování teplem tvořen lokálními topidly a kotelnami pro jednotlivé domy, bytovky a areály. Palivo pro tyto zdroje bylo různorodé (uhlí, dřevo, olej, elektřina či propan), stejně jako je různorodá kvalita a obsluha jednotlivých zdrojů s dobře známým dopadem na ovzduší ve městě. Město je převážně obklopeno kopci, což zejména při inverzní situaci znamenalo velké problémy s přízemním kouřem. Čtyřmegawattová kotelna, která začala pracovat v září 2005 a nyní jí skončil zkušební provoz, přišla na 82 milionů korun, za další čtyři miliony nakoupilo město automatický jeřáb pro manipulaci s palivem. Ke stavbě patří 6,5 kilometrů teplovodů a celkem je napojeno 105 předávacích stanic. Město získalo výjimečnou státní podporu formou dotace ve výši 80% od Státního fondu životního prostředí, zbytek řeší patnáctiletým úvěrem spláceným z prodeje tepla.

Proti původnímu předpokladu v zásobování štěpkou, nebyla v minulé sezoně vůbec dodávána štěpka z městské pily, od října je kotelna zásobována i palivem z tohoto zdroje. Při současném výkonu pily jde asi o čtvrtinu potřebného paliva, pro příští roky se předpokládá vyšší podíl spotřeby paliva z městských zdrojů, čímž bude dosaženo stabilnější ceny dodávaného tepla z kotelny, než v případě nakupovaných zdrojů paliva. Město má 6100 hektarů vlastních lesů. Z nich je ale 4600 hektarů v Národním parku Šumava, odkud se nesmí dřevo svážet, nebo hodně vzdálených. Cena za teplo pro odběratele se drží na velice příznivých 300 Kč/GJ včetně DPH. Dodávka tepla do objektů je prozatím na úrovni asi 21 tis. GJ/rok. Podle ohlasů je většina uživatelů naprosto spokojena. Pokud se nějaké připomínky vyskytly, byly ihned řešeny ve spolupráci s dodavatelem zařízení. Protože se o napojení nemovitostí na centrální topení hlásí i další zájemci (více než 30), město již objednalo vypracování projektové dokumentace pro napojení dalších objektů.

Kotelna

Kotelna se zázemím je vybudována v části areálu městské pily. V nové kotelně jsou osazeny dva teplovodní kotle na biomasu o výkonu 2,4 a 1,6 MW. Jedná se o kotle společnosti SCHMID umožňující spalovat štěpku, kůru, piliny.

Palivo a skladové hospodářství

Automatický mostový jeřáb s drapákovým nakladačem, zajišťuje automatickou manipulaci se štěpkou, sleduje a archivuje množství paliva i jeho teplotu. Palivo se příčným dopravníkem zavádí do zavážecího lisu, který vede do kotlů.

V navržených zásobnících a skladech paliva v prostoru nové kotelny je k dispozici cca 1150 m³ ve skladu (výška 4m) a dále 129 + 82 m³ v denních zásobnících (výška 3m). Celkem max. 1361 m³, při hmotnosti 300 kg/m³ je uskladněno max. 408 tun. Tyto maximální zásoby umožňují provoz kotelny v průměrném režimu na cca 17 dní, při trvalém špičkovém výkonu (4MW) na cca 8,5 dní, proto je nutno mít zajištěn plynulý přísun paliva z meziskladů či přímo od dodavatelů paliva.

Palivem může být nekontaminovaná dřevní hmota, vlhkost max. W = 50%, hmotnostního podílu, měrná hmotnost 250 až 350 kg/m³. Spalovat je možné následující dřevní palivo (samostatně i ve směsi).

Kůra
vlhkost	W = 35 ÷ 50%
velikost	průřez do 25 cm2, délka do 80 cm
obsah popelovin	A = 3 ÷ 8%
Piliny
vlhkost	W = 35 ÷ 50%
velikost	1 ÷ 10 mm
obsah popelovin	A = 1 ÷ 5%
Štěpka
vlhkost	W = 35 ÷ 50%
velikost	30 ÷ 100 mm
obsah popelovin	A = 1 ÷ 5%

Kotle umožňují spalovat ojedinělé kusy dřeva do průměru 100 mm, max. délky 600 mm

Tepelné sítě

Tepelná síť je řešena jako předizolovaný, sdružený dvoutrubkový potrubní systém ISOPLUS v bezkanálovém provedení s topným médiem (teplá voda) o parametrech 110/70 °C a max. přetlakem 1,0 MPa. Tyto parametry jsou určeny především pro zimní, tedy topné období a dle provozních podmínek kotelny je možno v letním období, tj. v případě otopu pouze TUV, sníženy na 90/60 °C. Celkový počet stanic ve městě je 105 kusů a celkový instalovaný výkon cca 5,3 MW.

Emise:

Výrobce ručí za dokonalý provoz kotlů a hořáku, který splňuje v celém výkonovém rozsahu limity škodlivých emisí dané platnými předpisy:

Struktura nákladů (ceny bez DPH)
Kotelna - strojní část a MaR	18 mil.
Předávací stanice - 105 ks	12 mil.
Tepelné sítě - 6,5 km	30 mil.
Kotelna - stavební část, komín, jeřáb, el. přípojka, sklad paliva, a ostatní	26 mil
Celkem	86 mil.

Závěrem je nutno podotknout, že od prvních návrhů doznal projekt značných změn, a v průběhu příprav na realizaci se řešení několikrát změnilo. Lze jednoznačně říci, že ku prospěchu věci. V prvé fázi prakticky dvojnásobné náklady ve výši 172 milionů s rozvody téměř po celé obci a navrženým výkonem 7,2 MW. Na toto řešení bylo dokonce vydáno i rozhodnutí ministra, ale po následném zvážení všech aspektů a rizik bylo od tohoto řešení na základě konzultací s poskytovatelem dotace opuštěno. Dále vlivem narůstající ceny štěpky v době uzavírání smluv na dodávku této suroviny, bylo uvažováno o kombinaci kotle na biomasu a fluidního kotle pro spalování nízkosirného uhlí, což však nemohlo být podpořeno z prostředků Státního fondu životního prostředí, jakožto neobnovitelný zdroj. Stavební povolení bylo vydáno již v roce 2003, ovšem vlivem výše uvedených faktorů a změn byla výstavba kotelny zahájena v květnu 2005 a spuštěna do zkušebního provozu k 20. září 2005. Dle dosavadního průběhu se zdá, že byla nalezena vyhovující varianta, a jistě není škoda času a změn vedoucích k finální podobě a úspěšné realizaci, která řeší cenově dostupné, komfortní a hlavně k životnímu prostředí šetrné zásobování teplem využívající zdroje v místě spotřeby.

Literatura:

1/ Biomasa - Zdroj obnovitelné energie, ČVUT, Doc. Ing. František Hrdlička, CSc.
2/ Webové stránky společnosti EVČ s.r.o. Pardubice, www.evc.cz
3/ Zpravodaje města Kašperské Hory