Elektřina s vůní německé technologie

V dějinách techniky se nejednou stalo, že se konstruktéři vrátili k principům a technologiím, které již odvál čas. Nové materiály, konstrukční postupy, možnosti regulace a počítačového řízení mohou zdánlivě překonané technické principy opět vrátit do hry. Příběh dřevoplynu toho může být příkladem.

Exkurze do historie

Dřevní plyn je směsí mnoha uhlovodíků s velmi nízkou výhřevností. Dominantní spalitelnou složkou je vodík. Výhřevnost se pohybuje kolem 5 MJ/m³ (pro srovnání – u bioplynu je to asi 20 MJ a u zemního plynu 43 MJ/m³). První zmínky o výrobě dřevního plynu můžeme nalézt v souvislosti s výrobou dřevěného uhlí.

V roce 1812 byla v Londýně poprvé uskutečněna suchá destilace na komerčním zařízení. První protiproudý zplyňovač byl zprovozněn v roce 1839. Plyn, produkovaný z uhlí nebo rašeliny, byl využíván pro výrobu tepla již od roku 1840. V roce 1884 byly v Anglii známy první upravené plynové motory. Teprve nedostatek ropy za druhé světové války vedl k širšímu využití vyvíječů plynu v průmyslu, automobilové dopravě a pohonu spalovacích motorů. Ještě v první polovině minulého století u nás pracovalo několik stacionárních aplikací pro pohon obilných mlýnů a pilařských provozů. (Ale taxi poháněná uhlím byla běžně k vidění v Koreji ještě v roce 1970.)

V Dánsku bylo dřevoplynovými vyvíječi během druhé světové války poháněno 95 % zemědělských strojů, traktorů, nákladních aut, stacionárních motorů a motorových lodí. Dokonce i v neutrálním Švédsku bylo takto poháněno 40 % všech vozidel. Dostupnost ropy a nárůst automobilové dopravy však dřevoplynové generátory odsunuly do starých filmů a sbírek muzeí. Posledních dvacet let se pokusům v oblasti dřevního plynu věnovala celá řada nejrůznějších subjektů od „garážových mistrů“ přes renomované firmy až po vysoké školy.

Podrobný popis většiny z nich včetně fotografií autentických aplikací a rozhovorů s tvůrci agregátů je obsažený ve dvojici elektronických publikací „Technické systémy pro výrobu elektrické energie z biomasy – Elektřina s vůni dřeva“ a „Technické systémy pro energetické využití odpadů“. Obě práce vznikly s výrazným příspěvkem programu EFEKT – MPO, proto jsou volně k dispozici ke stažení na stránkách http://www.mpo-efekt.cz i na webu www.energis24.cz. Zde jsou umístěny v sekci publikace a články. Na webu Energis 24 navíc v sekci realizované akce najdete program specializovaného semináře, orientovaného na dřevní plyn za několik roků zpět. Kromě programu si můžete zdarma stáhnout všechny prezentace v plném znění nebo se přijet podívat na letošní seminář, kde poprvé fyzicky představíme několik novinek z oblasti dřevního plynu.

Současný stav

Dřevní plyn je v praxi použitelný od desítek kilowatt jednotkového výkonu do několika megawatt. V našich zeměpisných šířkách jsou doposud nejrozšířenější aplikace kolem stovky kilowatt elektrického výkonu.

V současné době u nás pracuje několik instalací kogeneračních jednotek na dřevní plyn. Většina z nich má za sebou několikaletou historii konstrukčních pokusů, ale i omylů a některé instalace jsou už pro nefunkčnost z provozu odstaveny. Dřevní plyn už způsobil celou řadu osobních i firemních tragédií, přesto se po mnoha letech vývoje otvírá možnost, že bude doplňkovým energetickým zdrojem naší elektrizační soustavy. Novodobý vývoj dřevního plynu intenzivně probíhá také v sousedním Německu, které to po odstavení německých jaderných elektráren s aplikaci obnovitelných zdrojů energie myslí naprosto vážně. Můžeme si tedy podrobněji představit celou technologii německé firmy Kuntschar ENERGIEERZEUGUNG GmbH.

První impuls pro vývoj technologie na zplyňování zajistila energetická společnosti E.ON, která u Waltera Kuntschara už před několika desetiletími zadala vývoj agregátu na likvidaci čistírenských kalů termickým zplyňováním. Po pádu železné opony měl investor jiné priority, proto s omezeným rozpočtem na vývoji dřevoplynové verze pokračoval pan Walter Kuntschar sám. Zakladatel podniku a duchovní otec celého agregátu pracoval řadu let na vývoji a výstavbě pístových spalovacích motorů a kogeneračních jednotek a za více než 25 let se v oblasti dřevního plynu dostal na technologickou špičku v oboru.

Popis kogenerační jednotky

Hrubší dřevní štěpka o velikosti 8 – 12 cm a vlhkosti do 20 % do vyvíječe dřevního plynu vstupuje přes dvojitý hermeticky uzavřený hydraulický plnící válec. Při plném výkonu se přidává kbelík paliva každých deset minut a za rok ho spotřebujete dobrých 1000 tun. Zajímavé je i automatické zapalování, kdy štěpka přepadává přes rozžhavené elektrické topné tělísko, čímž se prohřeje v celém svém objemu. Startovacím ventilátorem pak dojde k „rozfoukání“ ohně bez použití zapalovacího plamene. Asi za 10 minut se dosáhne plného výkonu a plyn lze pustit do motoru. Ve vyvíječi dřevního plynu se běžně dosahuje teplot kolem 1400 – 1700 ˚C, proto je žárové pásmo opatřeno ohnivzdornou vyzdívkou. Vzhledem ke kombinaci různých materiálů považuje výrobce za ideální provozní režim nepřetržitý provoz, ale je možné i několik startů v průběhu dne. Mezi generátorem dřevního plynu a motorem je vřazený pouze cyklon pro odloučení tuhých částic a chladič dřevního plynu.

Hlavní filtr dřevního plynu je provedený jako série keramických filtračních patron, umístěných v prstenci kolem válcového generátoru dřevního plynu, což dává jinak útlému generátoru relativně velký průměr. Vynášení popele i čištění keramických filtrů je realizováno pomocí stlačeného vzduchu.

Srdcem kogenerační jednotky je atmosférický pístový spalovací motor MAN. Je dvanáctiválcový a má zdvihový objem 23 litrů. Celá jednotka je namontovaná na ocelovém rámu v protihlukovém krytu. Soustrojí je osazeno elektronickým snímáním všech možných parametrů a vybaveno automatickým doplňováním oleje. Teplota dřevního plynu při vstupu do motoru je zhruba 70 ˚C, což sice není z hlediska spalovacího motoru ideální, ale pohybujeme se tak bezpečně nad hranicí kondenzace vodních par, obsažených v dřevním plynu, čímž odpadá celá řada dalších problémů se zanášením motoru kyselým agresivním kondenzátem.

Tepelný výkon představuje 230 kW. Dalších 30 kW tepelných je možné získávat ve vodním nebo vzduchovém chladiči dřevního plynu, připočítat je třeba také sálavé teplo o výkonu asi 40 kW ze zplyňování dřeva.

Zájem zákazníků roste

Výkonově se jedná o jediný model z provenience firmy KUNTSCHAR. Za 25 let předchozího vývoje vyrobeno a v provozu nasazeno asi 30 agregátů a dalších 10 bylo dílensky rozpracovaných. Již tehdy měla produkce charakter sériové výroby s minimální odlišností jednotlivých výrobků. Vzhledem ke stále rostoucímu zájmu zákazníků se dnes na dodávku agregátu píše pořadník. Proto výrobce zahájil v roce 2012 výstavbu další výrobní haly a jeho cílem je výrobu zdesetinásobit.

Jak je vidět z uvedeného snímku celá technologie je opředena kabeláží, protože se snímá a vyhodnocuje vše, pokud možno nejraději dvakrát. Celý agregát je osazený řadou měřicích čidel a ovládaný řídícím počítačem s dotykovou obrazovkou pro průmyslové použití.

Na rozdíl od některých našich aplikací se jedná o provozně ověřený a spolehlivý výrobek. U technologie firmy Kuntschar se hlídá a monitoruje vše, pokud možno nejraději dvakrát. Celý agregát je osazený řadou měřicích čidel a ovládaný řídícím počítačem s dotykovou obrazovkou pro průmyslové použití. Na rozdíl od mnoha našich aplikací se jedná o provozně ověřený a spolehlivý výrobek.

Kde najdeme reference

Modely německé firmy Kuntschar najdete v Německu, Švýcarsku, Itálii, Japonsku, ale také v Česku.

Instalace se uskutečnila díky havlíčkobrodské firmě B.POWER, která má výhradní obchodní zastoupení pro ČR a SR. Nejvíce instalací je nyní v Itálii, kde výkupní cena elektrické energie představuje v přepočtu na naše podmínky asi 7 Kč na kWh. To se však bohužel mnohdy nevyplatí využívat teplo z kombinované výroby, které pak odchází chladičem. Takové instalace pokládám za krátkozraké.

Kogenerační jednotky na dřevní plyn nacházejí použití nejen v komunálních výtopnách či průmyslových podnicích, které zajistí pokud možno celoroční využití vyrobeného tepla i elektrické energie. Mohou to být ale také hotely, zimní stadiony, plavecké bazény a podobné objekty. Jsem proto přesvědčen, že dřevní plyn pro energetické účely má velkou budoucnost.

Tweet

Regulace teploty plynových motorů

Bioplynová stanice s kogeneračními jednotkami TEDOM

Olej pro plynové motory – klíčová volba pro kogenerační jednotky

Kam směřuje české odpadové hospodářství z pohledu prevence jejich vzniku?

Jak získat udržitelnou biomasu