Spoluspalování biomasy v kotlích Elektrárny Kladno

Výroba elektrické energie a tepla z obnovitelných zdrojů nabývá stále na větším významu. Stejně jako při produkci těchto médií z klasických zdrojů či za použití již letitou praxí odzkoušených výrobních postupů, by i při aplikaci obnovitelných zdrojů mělo být přihlíženo k maximální hospodárnosti celého procesu. Jednou z cest, jak plnit požadavky na výrobu energie z obnovitelných zdrojů a přitom nezatěžovat tuto výrobu nadměrnými ekonomickými náklady, je možnost spoluspalování biomasy ve stávajících energetických zařízeních s minimálními nároky na jejich úpravu. Kotle s fluidními topeništi se jeví vzhledem ke své konstrukci. Výroba elektrické energie a tepla z obnovitelných zdrojů nabývá stále na větším významu. Stejně jako při produkci těchto médií z klasických zdrojů či za použití již letitou praxí odzkoušených výrobních postupů, by i při aplikaci obnovitelných zdrojů mělo být přihlíženo k maximální hospodárnosti celého procesu. Jednou z cest, jak plnit požadavky na výrobu energie z obnovitelných zdrojů a přitom nezatěžovat tuto výrobu nadměrnými ekonomickými náklady, je možnost spoluspalování biomasy ve stávajících energetických zařízeních s minimálními nároky na jejich úpravu. Kotle s fluidními topeništi se jeví vzhledem ke své konstrukci spoluspalování biomasy v Elektrárně Kladno a možnostem jako optimální řešení. Spoluspalování biomasy v kotlích Elektrárny Kladno je přímo ukázkovým příkladem takovéhoto řešení.

Představení elektrárny

Elektrárna Kladno je kombinovaný zdroj elektrické energie a tepla nacházející se cca 15 km severozápadně od Prahy v areálu bývalých hutí POLDI, dnes označovaném jako Průmyslová zóna Kladno – východ. Areál bývalé závodní teplárny POLDI SONP byla razantně přestavěn v plnohodnotný energetický zdroj v létech 1997 až 2000 s použitím nejmodernějších technologií. V současné době výrobna zahrnuje čtyři výrobní bloky o celkovém tepelném výkonu cca 900 MWt a elektrickém 370 MWe.

Hlavní výrobní kapacitu představují dva identické bloky, každý o plném kondenzačním výkonu cca 135,3 MWe, osazené atmosférickými cirkulačními fluidními kotli konstrukce ABB Combustion Engineering Fextech s parametry přehřáté páry na rychlouzávěru turbín rovnými tlaku cca 12,5 MPa a teplotě cca 538 °C. Kotle byly navrženy pro spalování černého a hnědého uhlí coby základního paliva a extralehkého topného oleje určeného pro najíždění a stabilizaci spalovacího procesu.

Přípravy na spoluspalování biomasy

V souvislosti s požadavky na omezování produkce fosilního CO₂ byla hledána možná řešení s minimálními požadavky na zásah do existující technologie a organizace výroby. Kromě hledání úspor a optimalizace řízení procesu byla pozornost zaměřena na možnost substituce části fosilního paliva biomasou. Po konzultacích s dodavatelem kotle a dále na základě výsledku průzkumu možností lokálních dodavatelů byla za nejvhodnější formu biomasy vybrána dřevní štěpka kategorizovaná jako S2. Jedná se o drcený dřevní odpad (větve, slabé kmínky, pařezy atd.) vznikající při těžbě a zpracování dřeva v lesích a údržbě veřejné zeleně. Jedná se tedy z hlediska další využitelnosti tohoto materiálu o dřevní „odpad“, a proto jeho spalování v žádném případě nekonkuruje výrobě potravin ani jiných plodin využitelných v průmyslu.

Vzhledem k tomu, že se na provoz elektrárny vztahuje zákon o integrované prevenci, bylo nutno před zahájením spalování zajistit změnu platného povolení tak, aby bylo možno biomasu v kotlích spolu s uhlím legálně spalovat. V roce 2006 byly proto uskutečněny dvě zkoušky, které měly prokázat vhodnost a zvolené formy biomasy a praktické technické možnosti vlastního technologického procesu. Cílem první zkoušky bylo ověřit dopravitelnost biomasy do ohniště kotle vzhledem k tomu, že záměr od počátku počítal s možností využít stávající palivové trasy bez nutnosti jejich zásadních úprav. Na základě výsledků této zkoušky bylo konstatováno, že je možno do uhlí přidávat podíl až 10 % biomasy bez negativního vlivu na provoz zauhlovacího systému. Následovala druhá spalovací zkouška spojená s měřením emisí do ovzduší. Výsledky této zkoušky prokázaly, že spoluspalování biomasy až do obsahu 10 % energie ve vstupujícím palivu do kotle nemá negativní vliv na emise do ovzduší. Na základě výsledků uvedených zkoušek byla následně v roce 2007 provedena změna platného integrovaného povolení umožňující legální spoluspalování biomasy ve fluidních kotlích č. 4 a 5.

Výsledky a přínosy spoluspalování

Počátkem minulého roku bylo ve fluidních kotlích dvou hlavních výrobních bloků Elektrárny Kladno zahájeno spoluspalování biomasy ve formě dřevní štěpky spolu s hnědým uhlím. Biomasa tak nahrazuje část primární energie doposud získávané pouze z fosilního paliva, tj. hnědého uhlí. Díky tomu, že se v průběhu roku stal proces spalování více rutinním a vztahy s dodavateli se stabilizovaly, množství spalované štěpky postupně narůstalo. Tento trend pokračuje i v roce 2009. K 31. červenci 2009 tak bylo v kotlích spolu s hnědým uhlím spáleno celkem 51073 tun štěpky a vyrobeno přibližně 46,9 GWh „zelené“ elektřiny. Toto množství představuje průměrnou roční spotřebu cca 16 tisíc běžných domácností. Použitá štěpka nahradila cca 28500 tun hnědého uhlí, což reprezentuje přibližně 29 těžkých uhelných vlaků po 20 vagónech. Nezanedbatelná je i úspora ve spotřebě sorbentu (vápence) užitého pro odsiřování a množství popelovin, které je nutno odvézt k přepracování a uložení (úspora činí cca 4500 tun). Vzhledem k tomu, že oba bloky pracují i v částečném kogeneračním režimu, bylo také z biomasy vyrobeno cca 20000 GJ tepla pro teplárenské účely. Hlavním přínosem je ovšem úspora fosilního oxidu uhličitého, který díky náhradě uhlí biomasou nebyl vypuštěn do atmosféry Země, což činí za uvedené období asi 29000 tun.

Společnost nakupuje štěpku primárně od dvou hlavních dodavatelů, kteří zajišťují shromažďování biomasy a její přípravu (drcení) na potřebnou velikost. Zavážení do zauhlovacího systému (hlubinného zásobníku) je zajištěno mobilní mechanizací (nakladačem). V souvislosti s nabídkami na dodávky biomasy i jiného charakteru (odpady ze zemědělské a potravinářské výroby, cíleně pěstované rostlin atd.) se prověřují možnosti dobudování oddělené palivové trasy pro tato paliva.

Závěr

Závěrem lze konstatovat, že spoluspalování biomasy ve stávajících energetických zařízeních je jednou z cest, jak omezovat emise skleníkových plynů za ekonomicky únosných nákladů. Zkoušky a následný provoz v Elektrárně Kladno prokázal, že fluidní kotle jsou vhodnou technologií a dále, že za určitých podmínek není nutno při zahájení spoluspalování provádět zásadní zásahy do stávajících zařízení. Jistým přínosem pro okolní region je samozřejmě i nepřímá podpora zaměstnanosti pracovníků zajišťujících shromažďování, úpravu a dopravu biomasy do elektrárny.

Tento článek byl publikován v rámci spolupráce s magazínem PRO-ENERGY.

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