Studie: Charakteristika materiálů biologického původu v souvislosti s energetickým využíváním
Stránka 1
Obsah
1. Abstrakt ...... 4
2. Seznam zkratek ...... 6
3. Zdroje biomasy ...... 8
Sláma ...... 8
Obilná sláma...... 8
Řepková sláma ...... 9
Vlastnosti slámy ...... 9
Celková energetická kapacita ...... 10
Dřevo ...... 11
Regionální produkce dřeva ...... 11
Lesnické zbytky a dřevěný odpad ...... 12
Vlastnosti dřeva a dřevěného odpadu ...... 14
Celkový energetický obsah...... 15
Zvířecí odpady ...... 17
Kurníkové stelivo ...... 17
Dobytčí mrva a hnůj ...... 19
Energetické plodiny...... 21
Řepka olejná ...... 21
Cukrová řepa ...... 22
Výmladkové plantáže rychle rostoucích dřevin (energetické plantáže, SRC) ...... 23
Miscanthus a trávy ...... 24
Analýzy ...... 26
Minoritní zdroje ...... 28
Racionalizace zdroje ...... 28
4. Používané technologie ...... 30
Spalování slámy ...... 30
Stránka 2
Celkový pohled na hoření slámy ...... 30
Existující schémata přímého spalování slámy ...... 31
Společné hoření slámy ...... 35
Malé kotle na slámu ...... 37
Slámové brikety...... 38
Problémy s korozí a zanášením ...... 39
Problémy s emisemi ...... 40
Spalování dřeva ...... 40
Velké elektrárny na dřevo ...... 41
Malé kotle na dřevo ...... 44
Peletizované dřevo ...... 45
Gasifikace (zplyňování) ...... 47
Existující schémata ...... 48
Kapalná a bioplynová konverze ...... 53
Anaerobní vyhnívání (AD) ...... 53
Rychlá pyrolýza ...... 54
Fermentace ...... 55
Výběr technologie ...... 56
5. Použitá literatura ...... 58
Stránka 3
1. Abstrakt Biomasa se obecně považuje za jeden z nejperspektivnějších obnovitelných zdrojů energie. Pozornost se v současné době zaměřuje nejen na odpadní, ale i na cíleně pěstovanou biomasu, tj. plantáže rychle rostoucích dřevin, respektive jiných energetických plodin. Mezi hlavní výhody cíleně pěstované biomasy patří především možnost využití ploch nevhodných pro intenzivní zemědělskou výrobu, dále možnost skladování biomasy (na rozdíl od neuskladnitelné sluneční a větrné energie) a také možnost různorodého použití biomasy od malých jednotek až po velké zdroje pro výrobu elektřiny nebo tepla. Na druhou stranu má pěstování a využívání biomasy pro energetické účely svá úskalí a dosud zde existuje mnoho otevřených otázek.
Cíl studie spočívá ve shrnutí a popisu současných zdrojů biomasy. Kromě toho se některé kapitoly věnují energetické vydatnosti paliv rostlinného a živočišného původu. Součástí zprávy je rozbor trendů, které kopírují národní politiky ochrany životního prostředí a výroby primární energie.
Studie přibližuje situaci v oblastech, kde jsou s využíváním potenciálu biomasy relativně daleko. Například skandinávské země a Rakousko mají s využíváním tepla a elektřiny z obnovitelných zdrojů bohaté zkušenosti, ovšem situace týkající se využití biomasy je nejlépe popsaná pro region východní Anglie. Politika oblasti zmiňuje obnovitelné zdroje v závazcích na ochranu životního prostředí a navíc jsou nezbytně důležité pro zajištění větší bezpečnosti dodávek energie. V Evropské unii je to právě zemědělská oblast východní Anglie, kde v rámci závazků na cílový stav v roce 2010 hraje 14 procent energie z biomasy největší roli v celkovém množství obnovitelné energie.
Poznatky z oblastí, kde je energetické využívání biomasy standardní, mohou významně přispět ke splnění závazků České republiky, které se týkají poměru alternativních zdrojů energie ke stávajícím uhelným a jaderným elektrárnám. Přestože již dnes existuje na našem území celá řada spaloven a zařízení, které zpracovává právě palivo biologického původu, jeví se provoz takových zařízení jako neefektivní a bez podpůrných dotací by nebyl konkurenceschopný. Údaje získané ze zahraničí mohou tedy sloužit jako referenční linie, dle kterých bude možné pojmenovat faktory snižující efektivitu českých provozů. Tyto faktory se nedají spočítat na prstech jedné ruky, ale mezi ty nejvýznamnější patří kvalita zdroje paliva a technologie spalování, resp. konstrukce kotle, kvalifikace a zkušenost obsluhy. Studie se snaží především popsat charakter paliva, tj. biomasy. Jedna z výhod oproti ostatním formám je využitelnost jak pro elektrickou energii, tak pro teplo. Určení hodnot, jakých energie z biomasy dosahuje, vyžaduje aktuální data o dosažitelných zdrojích, vývoji technologií a ekonomice, a to vše je podrobeno průzkumu. Analýzy ukázaly, že méně kvalitní nebo odpadové obilí a semena řepky olejné, odpadní dřevo, zbytky ze živočišné výroby (chlévská mrva, stelivo atd.) a energetické plodiny budoucnosti mohou ročně vygenerovat až 75 TJ čisté energie, především ze slámy, dřeva a trávy ozdobnice. Existuje celá řada postupů pro získání energie z výše uvedených zdrojů. Údaje jsou vztažené pro oblast východní Anglie.
Stránka 4
První úspěchy pro získání elektrické energie a aplikace centrálních výtopen byly dosaženy přímým spalováním v roštových nebo fluidních pecích, hlavně v evropském regionu. Integrované zplyňování, technologie kombinovaných okruhů začíná být ekonomicky velice výhodná. Další více vyvinuté metody, například pyrolýza a etanol z celulózy, mohou být velmi úspěšné v budoucnosti. Výrobu tepla a elektřiny díky přímému spalování slámy můžeme nalézt již na mnoha místech.
Přesto se díky studiím ukázalo, že náklady na výrobu v elektrárnách v rozmezí od 10 do 50 MW nemohou úspěšně konkurovat jiným alternativám, jakou je například větrná energie. Přes vysoké výtěžnosti a silné výhody v oblasti ochrany životního prostředí se i v případě centrálních výtopen na slámu ukázalo, že tyto provozy jsou finančně nevýhodné. Pro malé aplikace na vytápění jsou ideální dřevěné peletky nebo peletky vyrobené z obilných plev, ačkoliv jsou stále o něco dražší než-li systémy poháněné ropnými deriváty.
Nařízení týkající se životního prostředí a dotační pobídky se v rámci podpůrných programů postaraly o mírný posun vpřed a přispěly k rozvoji energie z biomasy. Avšak efektivnější využití biomasy je podmíněno větší informovaností, masivnějšími investicemi do výzkumu plodin a vývoje technologií pro získání energetického potenciálu.
Stránka 5
2. Seznam zkratek ACT vyšší konverzní technologie
AD anaerobní vyhnívání
BETTA britské elektrické rozvodné a obchodní společnosti
BFB bublinové fluidní lože
BWEA britská větrná elektrická společnost
CCGT turbína kombinovaného plynového cyklu
CCL daň na globální změny klimatu
CCS zachycení a skladování uhlíku
CFB cirkulační fluidní lože
CHP kogenerační jednotky
CHPQA záruka kvality kogeneračních jednotek
DEFRA britský úřad pro životní prostředí a venkov
DTI britský úřad pro obchod a průmysl
ECA dotační program pro energeticky úsporná zařízení
ECS dotační program na podporu pěstování energetických plodin
EERA regionální sdružení pro východní Anglii
EPR provozovatel většiny biomasových spaloven v oblasti východní Anglie
ESP elektrostatický odlučovač
EST záruka úspory energie
ETS rámec obchodu emisemi v rámci EU
EU Evropská unie
EWP bílá kniha o energii
FES energetické zdroje budoucnosti
GCV hrubá výhřevnost
GDP HDP
Stránka 6
HRSG tepelný parní generátor
IEA mezinárodní energetická agentura
IGCC integrovaný zplaňovací kombinovaný cyklus
IRR vnitřní výnosový poměr
LCBP program nízkoemisních budov
LEC certifikát vynětí z povinnosti CCL (daň glob. změn klimatu)
LPG LPG
Mtoe milion tun ropný ekvivalent = 41,8 tis. TJ
NCV čistá výhřevnost
NETA nová obchodní společnost pro elektrickou energii
NFFO povinnost používání nefosilních paliv
NPV absolutní hodnota odt tepelně vysušené tuny biomasy
OFGEM britský regulační úřad pro energii
ONS britský statistický úřad
REFIT výkupní sazba obnovitelné energie
RO povinnost používání obnovitelných zdrojů
ROC certifikát povinnosti používání obnovitelných zdrojů
RTFO povinnost používání paliva z obnovitelných zdrojů pro motorová vozidla
SRC rostliny krátkého obmýtí
VAT DPH
Stránka 7
3. Zdroje biomasy Energie z biomasy pravděpodobně v příštích letech prodělá podstatný rozmach. Z touhy rozvinout přírodní zdroje kolem nás bude zemědělství hrát klíčovou roli v posunu společnosti vstříc více udržitelnému energetickému základu. Potenciální výhody jsou rozsáhlé. Opatřování bude umožněno bez kompromisů, týkajících se oblasti nezbytné produkce potravin nebo životního prostředí.
V Evropě se odhaduje, že zdroje biomasy se budou pohybovat od 69 Mtoe v roce 2003, až 190 Mtoe v roce 2010 a 295 Mtoe v roce 2030 (EEA, 2006). V UK je předpokládán příspěvek 3,4 Mtoe ze zemědělství do roku 2010 a další 1,5 Mtoe z lesnických aktivit (EEA,2006). Za použití ekvivalentu 41870 TJ k jednotce 1 Mtoe (IEA, 2006a) by to bylo národní množství 205000 TJ.
Tato čísla poskytují hlubší souvislosti, ale zájem tohoto projektu je zaměřen hlavně na biomasu. Takže prvním požadavkem je mít celkový přehled dostupných zdrojů. Tato kapitola poskytuje přehled všech významných typů biomasy a pokouší se je posoudit z hlediska klíčových parametrů, jako je kvantita, distribuce a základní vlastnosti. Hlavním zdrojem údajů je výroční červnová Agricultural Survey (zemědělská zpráva) DEFRA (edice 2005).
Pro každý zdroj je záměr jasný, a to určit jeho celkový energetický obsah, založený na množství a net kalorické (výhřevné) hodnotě (NCV). To umožní vybrat nejvhodnější typy biomasy pro následné analýzy jejich významných konverzních procesů a využitelných technologií. Tato kapitola se však explicitně vyhýbá prozkoumávání celkové energetické rovnováhy každého zdroje z hlediska určení čistého energetického zisku (netto energie), který může být extrahovatelný po kultivaci, sklizni a dopravě. Efekty některých těchto faktorů jsou zachyceny v dalších kapitolách.
Sláma Sláma je nejběžnější zemědělský vedlejší produkt. Je definovaná jako suchá stébla cereálních rostlin a jiných obilovin. Zdroje slámy v regionu zahrnují pole pšenice, ječmene, ovsa a i řepky. Všechny tyto se běžně pěstují.
Sláma byla od minulosti široce využívána, např. jako potrava pro zvířata, podestýlka, v zahradnictví (květinářství), přírodní izolace např. na pokrývání střech, ale také jako umělecký materiál. V poslední době byla poznána a zkoumána hodnota slámy jako potenciálního zdroje energie.
Obilná sláma Celková výměra půdy věnovaná obilným kulturám v regionu je kolem 631 000 hektarů (DEFRA, 2005), ze kterých největší podíl má pšenice na 486 000 hektarech. Zimní a jarní ječmen pokrývá dalších 135 000 hektarů, s malými oblastmi ovsa a jinými obilovinami, které tvoří zbytek. Z těchto údajů je možné odhadnout základní množství slámy, které bude vyrobeno během sklizně těchto polí.
Stránka 8
Samozřejmě byla vypracována studie (Stott, 2003) na produkci a dostupnost obilné slámy, zejména pšeničné. Zpráva se částečně zaměřuje na východní Anglii a východní vnitrozemí (East Midland)), protože tyto oblasti jsou dominantními pěstiteli pšenice ve Velké Británii. Rozsah výtěžku slámy je odhadován na 2,5-6,0 tun na hektar, ale hodnoty kolem 5,0 tun na hektar představují nejlepší regionální počet, založený na Stottově interpretaci dat z DEFRA.
Sečtením těchto čísel získáme celkovou produkci přes 3,1 Mt v roce 2005. Ačkoliv sláma může být vedlejším produktem, je jasné, že má důležité využití. Nemůže být ale předpokládáno, že veškeré množství bude dostupné pro energetické účely.
Stott (2003) prověřil současný stav používání obilné slámy a oznámil, že 40% je zaoráno zpět do půdy. Poznamenal, že tento jev by se velmi omezil, kdyby byly zavedeny trhy se slámou. Dalších 30% je balíkováno a uchováváno farmáři pro domácí použití. To v současnosti ponechává zbylých 30% slámy dostupných pro prodej na trhu, přičemž toto množství odpovídá 950 kt v tomto regionu. V praxi by to znamenalo, že např. Elanské elektrárně (Elean Power Station, SEERAD,2006), která spaluje přibližně 200 kt slámy ročně, by k dodávce paliva stačil okruh 30 mil okolo elektrárny.
Řepková sláma Řepka je další běžnou plodinou. Ačkoliv je kultivována pro svá semena používaná na výrobu oleje, její sklizeň také vede k produkci slámy. Řepková sláma má ale zcela jiné vlastnosti než sláma obilná. Proto musí být její použití jako biopaliva dále zkoumáno (Booth et al., 2005). Nicméně zkoušky provedené v Eleanské elektrárně (Elean Power Station, SEERAD,2006) ukázaly, že tepelná (výhřevná) hodnota řepkové slámy je prakticky stejná jako u slámy obilné. Kvůli menší vhodnosti této slámy jako podestýlky pro dobytek neexistuje ještě v současnosti žádný trh s tímto produktem. Většinou je řepková sláma rozsekána na poli během sklizně semen a zaorána zpět do půdy (Booth et al., 2005).
Newman odhadl výnosy na přibližně 1,5 tun na hektar (Newman, 2003a; Biomas Energy Centre, 2006a). Skotská exekutiva ale hovoří ve více optimistickém duchu a podávala výnos řepkové slámy asi na 2,5 tuny na hektar (SEERAD,2006). Předpokládá se, že všechen tento v podstatě vedlejší a nechtěný materiál by mohl být použit k energetickým účelům. Tomu napomáhá i odhad, že 100 000 hektarů řepky v regionu (DEFRA,2005) by mohlo vyprodukovat až 150-250 kt slámy a doplnit tak hlavní objem, získaný z obilné slámy.
Vlastnosti slámy Sláma je nízkohustotní materiál s horní výhřevností pohybující se od 15-18 MJ/kg (Watson et al., 2002; Biomass Task Force,2005; DTI, 2007b). Jako většina biomasy má i sláma značný obsah vlhkosti, který se pohybuje od 8-23 hm. %, ale obvykle je kolem 14 hm. % (Overgaard et al., 2004). Tento fakt má přímý vliv na dolní výhřevnost, kvůli množství energie ztracené odpařováním vody během spalování.
Stránka 9
Sláma také obsahuje velké množství anorganických složek podporujících tvorbu popela (Overgaard et al.,2004), což vytváří určité problémy. Je známo, že při spalování čisté slámy dochází k masivní tvorbě strusky, která způsobuje provozní problémy (zanášení roštů, zvýšené množství odpadu, aj.). Dále se uvolňuje během spalování větší objem plynů, které korodují vyzdívku pecí, včetně chlorovodíku (HCl) a oxidu siřičitého (SO2) (Muller et al., 2006). Tabulka prezentuje analýzu složení několika typů slámy. V uvedených typech slámy jsou patrné rozdíly v množství anorganických složek, ale obsah uhlíku a vodíku je celkem konstantní (uhlík pod 50% a vodík nad 6%). Z toho důvodu je tepelná výhřevnost suché slámy prakticky stálá bez ohledu na použitý druh.
druh traviny oves ječmen pšenice řepka Vlhkost (%) 17,20 13,60 15,90 10,60 minerální prvky (% sušiny) C 48,00 45,00 46,00 45,00 H 6,30 6,00 6,10 6,00 N 0,93 0,76 0,59 1,10 S 0,16 0,19 0,15 0,28 Cl 0,06 1,10 0,30 0,06 Si 0,29 0,82 1,50 0,06 Al 0,01 0,01 0,04 0,01 Fe 0,01 0,01 0,02 0,01 Ca 0,80 0,39 0,34 0,74 Mg 0,08 0,10 0,07 0,07 Na 0,14 0,30 0,02 0,01 K 0,61 2,50 1,30 1,70 P 0,10 0,05 0,08 0,17 celkem popel 3,90 7,20 6,80 5,10 Tabulka: Rozdíly ve složení zemědělských plodin
Nízká sypná hustota slámy přímo ovlivňuje relativně vysoké náklady na shromažďování, dopravu a skladování. Obvykle je balena na poli balicími stroji do stlačených balíků, které jsou více vhodné pro skladování a dopravu.
Celková energetická kapacita Zjednodušená analýza energetické kapacity slámy vyžaduje odhad dolní výhřevnosti každého druhu slámy, který je založen na střední (průměrné) a horní výhřevnosti o hodnotě 16 MJ/kg. Newman (2003a) ustanovuje vztah, který umožňuje vypočítat energetickou kapacitu slámy přímo a je založen na znalosti procentuálního podílu hmotnosti vodíku (H) a vody (W).
Stránka 10
Když vezmeme nejlepší odhad dostupnosti obilné slámy, tj. 950 kt, založený na aktuální produkci obilí a přidáme dalších 200 kt řepkové slámy, bude celková energetická kapacita 16 450 TJ.
Pokud bude existovat vhodný trh, je velmi pravděpodobné, že může být dosáhnuto podílu 30 % balené a prodané obilné slámy. Pokud bude 40% podíl zaorávané slámy zmenšen na 20%, získáme 50% obilné slámy dostupné pro energetické účely (Scott, 2003). Celková dostupnost by včetně řepkové slámy poté činila množství 1,77 Mt s energetickou kapacitou kolem 25 300 TJ.
Kromě toho můžeme počítat s použitím další půdy pro zemědělství a se zvětšenou produkcí obilných plodin, tedy i slámy. DEFRA (2005) vypisuje seznam okolo 195 000 hektarů pastvin, 120 000 hektarů rezerv (vyčleněných pro nepotravinové použití regulovaných EU) a dalších 46 000 hektarů ostatních s nespecifikovaným způsobem použití. Všechna tato plocha ale nemůže být použita v krátkodobém měřítku a primárním cílem by byla relativní výnosnost kultivovaných obilovin na rozdíl od energetických plodin. Avšak vysázení dalších 100 000 hektarů by představovalo nárůst 16% v produkci obilovin a větší dostupnost obilné slámy na trhu.
Dřevo Spalování dřeva za účelem tepla je známé od pradávna po celém světě. I dnes je dřevo stále důležitým obnovitelným palivovým zdrojem. Hustě zalesněné oblasti Evropy, jako je Skandinávie nebo Rakousko, jehličnaté dřeviny Thetfordského lesa a jiné méně zalesněné oblasti regionu představují velký zdroj energeticky bohaté biomasy.
V literatuře Woodland Wealth Appraisal, Selman a Powell (2003) se představuje přibližný pohled na pozitivní ekonomické, environmentální a sociální dopady zalesněných oblastí. Ačkoliv většina zprávy je zaměřena na pokus o vyčíslení hodnoty nehmotného přírodního kapitálu na měřitelný ekonomický zisk, autoři se také věnovali problematice použití dřeva jako obnovitelného zdroje.
Regionální produkce dřeva Odhadnutí rozsahu zalesnění a produkce dřeva je základním krokem. Selman a Powell (2003) udávají, že celkově zalesněné oblasti tvoří 139 000 ha pro region východní Anglie (toto číslo se snižuje až na 113 000 ha, pokud nejsou započítány lesy pod 2 ha). Dávají tak do jedné linie podíl zalesněných oblastí s průměrem pro zbytek Anglie. To zahrnuje kolem 50 000 hektarů neobhospodařovaného lesa - DEFRA (2005), na druhé straně se zde vypočítává menší číslo pro obhospodařovaný les na pouhých 48 000 hektarů, začleňuje tak podíl téměř poloviny samotného Thetfordského lesa.
Roční primární produkce jehličnatého surového dřeva (kulatina převážně borovic z Thetfordu), udávaná Forestry Commission (Komise pro lesy), je 290 000 m3. Mimo to existuje další 180 000 m3 produkce listnatého surového dřeva (převážně dubu), Selman and Powel, 2003. Když se ale produkce prozkoumá ve vztahu k hodnotě ročního přírůstku dřeva, tak tato produktivita představuje pouze 60% růstu jehličnatých zásob a 20% růstu listnatých zásob (Selman and Powel, 2003). Zdá se, že tyto údaje konkurují Stránka 11
celkovým 40% národních údajů, které předložila Forestry Commision (2007) pro těžbu přírůstkového dřeva. Takže určitě existuje potenciál na zvýšení celkové produkce dřeva v regionu bez oslabení dlouhodobé udržitelnosti zdroje.
Ve své Woodfuel Strategy for England (Strategie dřeva jako paliva pro Anglii) si stanovuje Forestry Commision za zřejmý cíl zvýšení národní produkce dřeva o 2 Mt za rok do roku 2020. Tento materiál, který stále počítá pouze s polovinou růstu jehličnatého dřeva, bude pocházet z velkého množství obhospodařovaných lesů. Studie sama o sobě nepředkládá žádné regionální zastavení provozu. Citlivý odhad může být, že tento převážně zemědělský region s průměrným zalesněním, obsahující 14,7 % rozlohy Anglie (Environmental Agency,2007), by mohl počítat s okolo 15% nebo 300 kt této extra produkce.
Ztráty způsobené klimatickými změnami však představují budoucí riziko pro soustavy lesů a produkci dřeva. Pokud nastanou různé scénáře změny teplot a srážek, mohou se některé druhy dřevin stát dominantními, zatímco jiné neudržitelnými (Broadmeadow,2002). Ačkoliv je pátrání po dlouhodobých klimatických efektech nad rámec této práce, je důležité mít na mysli, že životnost krátkodobých energetických schémat by mohla v příštích 50 až 100 letech vypadat jinak.
Lesnické zbytky a dřevěný odpad Lesnické aktivity, stejně tak jako dřevárny, vyrábějí značný objem odpadového materiálu v podobě větví, jehličí, lupení, kůry, štěpků, pilin a borových jehlic. Tam, kde tento materiál může být bezpečně a ekonomicky shromážděn, představuje potenciální zdroj energie s dobrou výhřevností.
Odhadovaný celkový objem dřevěného odpadu v regionu je nejméně milion tun ročně, z čehož 286 kt za rok je klasifikováno jako palivo odvozené z lesnictví (Renewables East, 2005). Současně je značné množství tohoto materiálu vázáno dodavatelskými smlouvami, tudíž nebude v krátkodobém měřítku dostupné pro nové energetické využití. Dále jde značný objem přídavného dřevěného odpadu z domácností a podniků na skládku, asi 6 Mt ročně (Forestry Commision, 2007), ačkoliv Biomass Task Force (2005) hlásí, že polovina tohoto objemu může být efektivně zachráněna (předpoklad 1 Mt).
Stránka 12
Odpadové dříví Další nedávná studie McKay et al. (2003), pověřena DTI, nabízí více detailní pohled na potenciál obnovy přídavného dřeva v každém regionu Británie. Team studoval všechny klíčové sektory výroby dřevěného paliva, včetně lesnictví, odpadu z pil, školky a SRC. Údaje pro dřevěný odpad odvozený z lesnictví ve východní Anglii, z kácení a prořezávání jak veřejných, tak soukromých lesů, jsou zobrazeny v tabulce níže. Všechny uvedené hodnoty jsou vztažené na sušinu (odt), tedy na suchou biomasu s odstraněnou vlhkostí. To napomáhá základnímu srovnání, ale je důležité pochopit, že žádná biomasa nemůže mít prakticky nulovou vlhkost. Vezmeme-li v úvahu zvětšení hmotnosti kvůli obsahu vlhkosti, 252 kt suchého paliva odpovídá 286 kt paliva mokrého podle údajů z Renewables East (2005).
Špice Větve Listy Celkem druh dřeva Kulatina (odt) (odt) (odt) (odt) (odt) 0- 14- 16- nízká 14cm 16cm 18cm 18cm + kvalita borovice 1471 8378 8974 55634 1151 918 9245 4045 103056 smrk 1319 631 531 2263 0 30 256 115 5145 jiné jehličnany 2235 1257 1452 14190 85 143 1687 738 21788 listnáče 9921 5873 7058 70390 3854 768 24166 0 122029 Celkem 28185 16139 18015 142477 5091 1859 35354 4898 252018 Tabulka: Produkce dřevního odpadu ze zpracování dřeva
Celková produkce ve východní Anglii je o něco menší než produkce ve vedoucích regionech (jihovýchod a jihozápad), ale pořád je rozsáhlá.
Je odhadováno, že zhruba 50% kmenového dřeva zpracovaného pilami skončí jako odpad (McKay et al., 2003). Z tohoto množství asi dvě třetiny je ve formě štěpků, 20% pilin a 11% kůry. Nakonec zalesňovací aktivity uskutečňované místními obecními úřady a soukromníky produkují nečekané množství odpadního materiálu. Ze 46 kt dřevních odpadů ze zalesňovacích aktivit je 37 kt (78%) označeno jako neobchodovatelné na trhu. Tento údaj je porovnatelný s hodnotou 68%, kterou uvádí Forestry Commision (2007).
Zkombinováním těchto tří zdrojů dá celkovou regionální hodnotu pro generaci odpadového dřeva 323 000 odt.
Novější údaje z Forest Research (2006) zahrnují identické hodnoty pro vedlejší produkty zpracování dřeva, ale vyšší hodnoty pro lesnické odpady 272 810 odt a 71 335 odt pro zalesňovací aktivity. Použitím těchto údajů se celková hodnota zvýší na 369 000 odt, což je blíže souhrnnému údaji Renewables East (2005), tedy 356 000 odt ze všech zdrojů lesních oblastí, pil a zalesňování.
Stránka 13
Vlastnosti dřeva a dřevěného odpadu Složení a vlastnosti dřeva a dřevěného odpadu se velmi liší v závislosti na druhu stromu, geografickému původu, věku, druhu zpracování a skladovacích metodách. Klíčové charakteristiky jsou ale pro většinu typů dřeva společné. Dřevo má daleko menší obsah uhlíku než fosilní paliva (uhlí), obvykle okolo 50%. Obsah uhlíku je rozdělen mezi pevnou látku (vláknitou celulózu a buničinu, které utvářejí strukturu) a prchavé organické součásti, ze kterých je odvozeno 80% energetického obsahu (Huhtinen, 2005).
Odpad z pily Zbytky z lesnické činnosti piliny 4719 kulatina 23220 ořez 58 větve 12825 loupané štěpky 12758 štěpky 9531 neloupané štěpky 3597 listy 1080 kůra 2723 opaly 146 palivové dřevo 261 zbytky 34 ostatní 283 celkem 24579 celkem 46656 Tabulka: Druhy dřevního odpadu (t)
Dřevo, stejně jako většina biomasy, má vysoký obsah vlhkosti. Pohybuje se mezi 15% a nanejvýš 65%. Dřevo s hodnotou vlhkosti nad 65% se stává velmi obtížně spalovatelným (Huhtinen, 2005). Stejně jako u slámy obsah vlhkosti přímo ovlivňuje tepelnou hodnotu dřeva, a to ze dvou důvodů. Za prvé zvyšuje hustotu celkového materiálu a snižuje tak jeho zřejmý hrubý energetický obsah na kilogram, za druhé energie potřebná k odpaření vody během spalování představuje ztrátu užitečné energie (Healion, 2002), a tím snižuje čistou tepelnou hodnotu (výhřevnost). Ve spalovacích procesech také přítomnost vody snižuje teplotu plamene a zvyšuje tak riziko nedokonalého spalování (Biomass Energy Centre, 2006b).
Všechno toto znamená, že zatímco suchá dřevěná biomasa má GCV 18-21 MJ/kg, tato hodnota padá na 11 MJ/kg čisté energie se 40% obsahem vlhkosti a na 3 MJ/kg čisté energie s 80% obsahem vlhkosti (Huhtinen, 2005). Následující vzorec je užitečný v určení vztahu mezi obsahem vlhkosti, GCV a NCV (Centre for Biomass Technology, 2002):
NCV=GCV x ( 100-W/100)-(2,442xW/100) kde W je hmotnostní procento vlhkosti a 2,442 se vztahuje k latentnímu teplu odpařování vody vyjádřenému v MJ/kg.
Dřevo může být vysušeno přirozeně, a to vhodným skladováním nebo sušením v sušárně. Materiály jako kůra nebo borové jehlice mají vyšší specifický energetický obsah kvůli tomu, že obsahují smolu a oleje, ale představují pouze malé procento celkového zdroje.
Stránka 14
Generace popela má kvůli anorganickým látkám obsaženým ve dřevě značný dopad na průběh spalování a je nutné se tím odpovědně zabývat. Hlavní složky dřevného popela, který se skládá z asi 1% suché hmoty paliva (mnohem méně než u slámy), jsou částice vápníku (Ca) a draslíku (K) a popel má silně zásaditý charakter (Pitman, 2006). To samo o sobě může být značně výhodné. Dřevný popel byl již zkoumán ve Skandinávii pro použití v lesích jako činidlo upravující pH v překyselených půdách (Pitman, 2006). Hledání vhodného využití pro materiál, který by jinak byl uložen na skládky, je silným hnacím motorem pro další výzkum.
Celkový energetický obsah Stejně jako u slámy, dostatečně přesná znalost množství a vlastností dřevěných zdrojů dovolí vypočítání jejich celkového energetického obsahu.
Primární produkce dřeva Primární těžba v regionu má značný energetický obsah. Je to okolo 290 000 m3 jehličnatého surového dřeva a 180 000 m3 listnatého surového dřeva. Hrubá analýza za použití průměrné hustoty 550 kg/m3 pro vysušené dříví (přírodně sušené na vzduchu) s obsahem vlhkosti 20% a odpovídající dolní výhřevností 15 MJ/kg vede k hodnotě skoro 3 900 TJ. To ale znamená málo, protože po dřevě je na trhu silná poptávka a velký objem lesního surového dřeva je ihned po zapracování směrován do stavebních a manufakturních sektorů. Tento materiál tedy nemůže být přímo považován za dostupný pro energetické účely. I kdyby takto velké množství lesního dřeva bylo upraveno pro energetické účely, určitě by se neskládalo z pomalu rostoucího a vysoce ceněného dubu (SRC).
Náš zájem je přesto omezen na zdroje odpadového dřeva. Pamatujme však, že 50% této primární produkce surového dřeva skončí jako vedlejší produkt pil, takže její příspěvek celkovému energetickému obsahu odpadového dřeva je velmi důležitý a je započítán do analýz provedených níže.
Odpadové dřevo, přítomnost a budoucnost Počátečního hrubého odhadu může být dosáhnuto použitím vyšší hodnoty 369 000 odt pro celkový dřevní odpad za předpokládaného průměrného GCV 18 MJ/kg. S obsahem vlhkosti 20% je průměrná hodnota NCV 13,9 MJ/kg a celkový energetický obsah by byl 5 130 TJ.
Musí být ale také prozkoumán potenciál pro zvýšenou produkci ze zalesněných oblastí a výtěžek ze dřeva v současnosti směrovaného na zavážku. Zvýšení o 2 Mt v národní produktivitě ze zalesněných oblastí navržené Forestry Commision předpokládá zahrnutí jak primární produkce surového dřeva (kulatin), tak i spojeného zvýšení výtěžku dřevěného odpadu.
Pokud bude tohoto cíle dosáhnuto, jak bude počáteční odhad doplňujících 300 zelených kt pocházejících z východní Anglie porovnán se současnými hodnotami? Odhad současného celku může být odvozen z kombinace 315 zelených kt (za použití hustoty 670 kg/m3) sklizně surového dřeva s hodnotou Forest Research (2006) 273 ktun
Stránka 15
lesnického odpadu, což celkem dává 590 ktun. Takže doplňujících 300 ktun představuje 51% nárůst a je na stejné linii jako s nehmotným 60% nárůstem předloženým zprávou Woodfuel Strategy for England (Forestry Commision,2007).
současnost budoucnost zdroj (t) nárůst (t) lesnické zbytky 272810 50% 409215 piliny 24579 10% 27037 zemědělství 71335 71335 celkem 368724 507587 Tabulka: Potenciál nárůstu dřevního odpadu
Primární produkce surového dřeva (z níž polovina skončí jako vedlejší produkt pil) i lesnické zbytky přispějí k tomuto nárůstu. Jelikož strategie palivového dřeva v jižní Anglii je zaměřena na znovuzískávání doplňkového malého surového dřeva (na sekání) z obhospodařovaných lesů spíše než na těžbu dalších kmenů (E.Harding, personální komunikace, 4.července 2007), byl odhadován daleko menší přírůstek roven 10% v primární produkci surového dřeva (kulatin) a tedy i s vedlejším produktem pil. Srovnání těchto odhadů s hodnotami od McKaye et al. (2003) a Forest Research (2006) dává výtěžek zobrazený v tabulce.
Zopakováním našeho jednoduchého výše uvedeného odhadu, ale za použití této vyšší hodnoty 508 000 odt, dává výtěžek zvýšeného energetického obsahu 7 060 TJ.
Zavezené dřevo Sehnat důvěryhodné údaje o objemech zavezeného dřeva se ukázalo být velmi složité. Několik odhadů už bylo provedeno, ale obecně se údaje velmi liší (Waste Online,2006). Mimo to je v současnosti velké množství odpadového dřeva z aktivit jako školkařství samo zaváženo (McKay et al, 2003), a takto již bylo i s energetickým obsahem započítáno. Co je zapotřebí, to je odhad množství odpadového dřeva z jiných zdrojů ještě nezapočítaných. To je hlavně dřevo určené k zavážce z domácích a obchodních sektorů.
Když vezmeme kombinovanou UK národní hodnotu z Waste Online (2006) 1840 kt, skládající se ze 420 kt z domácností, 670 kt z průmyslového balení a 750 kt ze stavebnictví a demolice, může být odhadnuto, že okolo 9% bude ve východní Anglii. Po sečtení dohromady získáme hodnotu 166 kt, což je značný příspěvek k celkovému zdroji odpadového dřeva. Při předpokladu průměrného NCV 10 MJ/kg pro průmyslové dřevo, odvozeného z GCV hodnot DTI (2007b), by tento materiál poskytl dalších 1660 TJ čistého energetického obsahu. Podobně za použití 3 Mt národní hodnoty z Biomass Task Force (2005) by regionální odhadovaný podíl byl 270 ktun s energetickým obsahem 2700 TJ.
Stránka 16
Shrnutí Dřevo a odpad ze dřeva jsou různé materiály se složitým řetězcem produkce, zásobování, spotřeby a recyklace. Jelikož má tolik vedlejších produktů, už teď existují životaschopné trhy (např. štěpky používané jako překrytí zavážky, piliny používané při výrobě dřevotřísky), je obtížné přesně odhadnout, kolik materiálu by mohlo být dostupného pro energetické využití. Ale tyto trhy se časem jistě změní a poptávka po dřevě jen poroste.
Naše odhady celkového energetického obsahu jsou za předpokladu, že všechny materiály odpadového dřeva (včetně již zavezeného dřeva) by mohly být uspokojivě zužitkovány na energii, v rozsahu kolem 6790 TJ na spodní hranici a 9760 na vrchní hranici.
Tyto hodnoty jsou ve stejném rozsahu k těm, které zveřejnil Biomass Task Force (2005), který stanovil kombinovaný energetický obsah pro lesnický odpad, zalesňování a průmyslový dřevěný odpad na 57 600 – 61 700 TJ národně a 15% podíl, což by dávalo 8600-9300 TJ.
Je souhrnně jasné, že zatímco dřevo má velký potenciál jako hodnotný zdroj biomasy, jeho celkový energetický obsah je překvapivě pravděpodobně menší než u dostupnější slámy, i za použití nejoptimističtějších odhadů. Tento obrázek se ale může změnit, pokud na řadu přijde velkovýrobní sázení SRC a pokud SRC bude bráno jako „dřevo“ a ne jednoduše jako zemědělská plodina.
Zvířecí odpady Zvířecí trus může být důležitým zdrojem biomasy, zvláště v zemědělských regionech v rozvojových zemích, kde je vysušený zvířecí trus shromažďován a používán jako vynikající palivo.
Na východě Anglie, v porovnání s ostatními regiony, je živočišná výroba mnohem méně převládající než výroba rostlinná. Ale pořád ještě zde existuje velkochov drůbeže, se kterým je spojeno velké množství kurníkového steliva a asi tak 5 Mt vlhkého zvířecího odpadu (Renewables East, 2005). Obnovitelná část tohoto odpadu představuje potenciální zdroj energie.
Kurníkové stelivo Východní Anglie hraje důležitou roli v produkci drůbeže pro masné trhy a nachází se zde značné množství drůbežích farem. DEFRA (2005) odhaduje, že je zde 18,8 milionů brojlerů (kuřata na maso), 1,7 milionů chovné drůbeže a 3,9 milionu slepic na vejce, takže celkově kolem 24,4 milionů aktivního ptactva. To je rozmístěno mezi 3 200 drůbežích farem a mnoho smíšených farem. Navíc zde existuje i chov přibližně 1,4 milionu kachen a 61 000 hus. Tato čísla dosahují přesně jedné pětiny slepičího hejna a 56% kachního hejna v Anglii. Renewables East (2005) vypočítává celkové množství ptactva na maso a na vejce rozhodně vyšší hodnotu 27,8 milionu a poznamenává, že tento sektor má klesající tendence.
Stránka 17
Kupodivu nejsou zmíněni krocani v jakémkoliv z těchto zdrojů, ale British Poultry Council (2006) podává zprávu, že národní hodnota 17 milionů krocanů je každým rokem klesající a téměř 50% se jich nachází na farmách ve východní Anglii, podle organizace J.Blackburna (osobní komunikace, 2.květen 2007) čítá kolem 8 milionů ptáků. Ale kvůli jejich krátké životnosti na farmě je počet živých krocanů v jakékoliv době o mnoho menší, a to mezi 1,5 - 2 miliony (J. Blackburn, osobní komunikace, 2.květen 2007).
Souhrnně, tzv. „volné“ slepice (kuřata) stále tvoří malý podíl trhu, takže většina je jich chována za intenzivních podmínek v kurnících nebo brojlerech. Jejich trus smíchaný s vystýlkou (sláma nebo hobliny) se snadno shromažďuje. Po částečném vysušení vzduchem představuje hodnotné biomasní palivo.
Biomass Task Force (2005) odhaduje, že dostupnost „suchého“ kurníkového steliva z ptáků na maso je 1,16 Mtuny. Plná aktuální data je obtížné sehnat, takže musí být učiněn pokus vypočítat celkové množství steliva z jiných zdrojů. Hodnoty pro průměrnou denní produkci steliva na ptáka jsou dostupné z ADAS (1993) a jsou použity v tabulce k poskytnutí odhadu roční produkce.
Pro historické ověření, tyto výpočty úzce souhlasí s celkovými hodnotami udávanými bývalou Eastern regional electricity area, která úzce souvisí se současnou East of England region v raných 90.letech, a to něco přes 400 000 tun (ADAS,1993). Porovnáním těchto údajů s publikovanými hodnotami EPR pro spotřebu kurníkového steliva v jejích dvou elektrárnách je jasné, že tento částečný zdroj je již plně využíván v tomto regionu. Značné množství popílku (popela) generovaného elektrárnami je také využíváno tím způsobem, že je prodáváno jako hnojivo bohaté na fosfáty Fibrophosem dceřinnou společností EPR.
Tepelnou hodnotu kurníkového steliva, které má vysoký obsah vlhkosti, stejně jako velký obsah prchavých látek, je velmi obtížné přesně určit. Jeho složení se může značně lišit v závislosti na dietě (stravě) ptáků a jednotlivých metodách hospodaření (chovu). Ale typicky se suchá látka skládá z kolem 60-70% materiálu a 30-40% vlhkosti (Biomass Energy Centre, 2006a;ADAS 1993) a průměrná čistá energetická hodnota 7,4 MJ/kg je odvozena z GCV daným DTI (2007b). To je asi polovina hodnoty pro slámu, což konkuruje Select Committee on Science a Technology analysis v jejich zprávě o obnovitelných zdrojích (SCST, 2004). V jejich brožuře na EPR Eye plant v Suffolku, CADDET (2000) oznamuje GCV 13,5 MJ/kg, což by dalo o něco vyšší NCV 8,7 M/kg za 30% obsahu vlhkosti. Takže celkový energetický obsah může být odhadnut mezi 3 100 – 3 600 TJ.
Existují mírná bezpečnostní a dodavatelská rizika, která stojí za zmínku, pokud jde o kurníkové stelivo. Během současné dekády existovalo mnoho globálních obav, které se týkaly ptačí chřipky (zejména virový kmen H5N1). Nejnovější zdokumentovaná epidemie se objevila v regionu v únoru 2007 na krocaní farmě v Suffolku. Intenzita nákazy vyústila v předčasné zabití 160 000 krocanů a vytvoření široké zakázané zóny, ve které byl pohyb produktů z drůbeže striktně kontrolován (British Poultry Council, 2007). V případě
Stránka 18
rozsáhlé pandemie ptačí chřipky by přísné zákazy měly vliv na dostupnost zdrojů z drůbežích farem a pohyb materiálů.
odpad/ denně odpad/ ročně kusy celkem drůbež (kg) (kg) (tisíce) (t) kuřata 0,036 13,1 24440 321362 kachny 0,017 6,2 1450 9003 husy 0,197 72 0,6 44 krocani 0,124 45,3 2000 90582 celkem 420991 Tabulka: Odhad množství odpadu z produkce drůbeže
Dobytčí mrva a hnůj Navzdory svému vysokému obsahu vlhkosti je kurníkové stelivo stále klasifikováno jako „suchá“ látka (pomáhá tomu obsah slámy a dřevěné hobliny) vhodná ke spalování. Většina ostatních zvířecích odpadů má však daleko větší obsah vlhkosti a jsou klasifikovány jako „mokré“. Z tohoto důvodu byly tradičně považovány především za vhodné k anaerobnímu vyhnívání, při kterém se rozkládají biologicky, než ke spalování nebo jiným procesům.
Biomass Task Force (2005) určuje regionální celkovou hodnotu mokrého zemědělského odpadu na 2,9 Mtuny. Tato hodnota zahrnuje i drůbeží hnůj (což je něco jiného než drůbeží „podestýlka“, která se skládá výhradně ze zvířecích výkalů). Tyto hodnoty jsou značně více konzervativní než hodnoty Renewables East (2005).
DEFRA (2005) odhaduje, že populace dobytka v regionu čítá 221 000 hovězího dobytka, 1,1 milionu prasat, 345 000 ovcí (což je málo v porovnání s ostatními regiony) a 7 000 koz. Cílem této sekce je analyzovat množství mokrého odpadu z těchto zvířat a nakonec určit jeho energetický obsah. Zaměříme se na obnovitelnou část. Bude sem započítán odpad ze zvířat, která jsou chována ve chlévech a stájích, zatímco odpad ze zvířat, která se pasou volně na polích, není možné započítávat.
Toto účinně omezuje analýzu na hovězí dobytek, prasata a určité druhy drůbeže, které jsou všechny ustájené značnou část roku. Mnoho dojnic je ustájeno po 50% roku, zatímco hovězí dobytek na maso je ustájen po kratší periody (Chambers et al., 2001; Biomass Energy Centre, 2006d). Prasata jsou ustájena po 90 -100% roku (Chambers et al, 2001). Intenzivně chovaná drůbež také tráví většinu svého života uvnitř. Na druhou stranu ovce jsou většinou chovány venku na polích (Biomass Energy Centre, 2006d), a tak jejich výkaly nejsou zahrnuty do analýzy.
Stránka 19
sušina celkem sušiny zvíře počet hnůj/rok (t) celkem (t) (%) (t) tele mléčné 28 670 9,60 275 232 10 27 523 tele méně než rok 64 500 1,90 122 550 10 12 255 tele 1-2 roky 46 700 6,20 289 540 10 28 954 tele více než 2 roky 10 800 2,90 31 320 10 3 132 700 ostatní dobytek 200 4,00 280 800 10 28 080 809 sele do 80 kg 000 0,90 728 100 10 72 810 150 střední prase 80-130 kg 000 2,50 375 000 6 22 500 velký vepř více než 130 kg 5 000 4,00 20 000 6 1 200 drůbež - slepice (tisíce) 1 810 8,80 15 874 85 13 493 drůbež - nosnice (tisíce) 3 870 13,20 50 891 85 43 257 celkem 2 138 416 209 947 Tabulka: Odhad množství odpadu z produkce dobytka
Rozvrh roční produkce hnoje během části roku, kdy jsou zvířata ustájena, je znázorněn v tabulce. Čísla jsou jen přibližná a byla odvozena kombinací statistik dobytka z DEFRA (2005) a údajů o produkci hnoje z Chambers et al. (2001) a ADAS (1993). Přiměřené odhady byly udělány tam, kde rozvrh v kategoriích za použití těchto zdrojů nesouhlasil. Údaje o drůbeži jsou založeny na tom ptactvu, které je klasifikováno jako ptactvo produkující hnůj, jak je definováno v ADAS (1993). Tento rozdíl však není zřejmý a některé přesahy jsou potvrzeny daty drůbežího hnoje v tabulce a daty drůbeží podestýlky z předcházejících sekcí znázorněné v další tabulce.
Výsledek za použití těchto odhadů je mokrý odpad o celkové hmotnosti 2,1 Mtun, což dává zisk suché látky pouze pod 210 ktun. Co zbývá určit, je čistý energetický obsah této suché látky. Pro tento jednotlivý zdroj má diskuze o tepelné hodnotě malý význam. Dobytčí hnůj není přímo spalovatelný a jeho energie je obvykle získávána jinými procesy, jako je anaerobní vyhnívání, jehož efektivita se liší.
Takže odhady o teoretickém energetickém obsahu se hledají. Biomass Task Force (2005) poskytuje národní data o vlhkých zvířecích odpadech a nabízí hodnoty 11 600 – 12 600 TJ pro něco přes 2 Mt suchého dobytčího hnoje. Shodou okolností jsou tyto hodnoty citovány jako částečně založené na zprávě Chambers et al. (2001) a rovnají se hypotetickému energetickému obsahu 5,75 - 6,25 MJ/kg. Pro prasečí hnůj je rozsah podobný 5,46 - 6,50 MJ/kg. Drůbeží mrva nabízí značně vyšší čistý energetický obsah s maximálním odhadem 13,5 MJ/kg.
Stránka 20
Když dáme tyto hodnoty dohromady, získáme celkový odhadovaný hrubý (čistý) energetický obsah mezi 1 490 – 2 020 TJ. Výpočty jsou sečteny v tabulce.
nízká výhřevnost vysoká výhřevnost zvíře tuny (sušina) (MJ/kg) energie (TJ) (MJ/kg) energie (TJ) dobytek 99944 5,75 575 6,25 625 vepři 96510 5,46 527 6,5 627 drůbež 56750 6,9 392 13,5 766 celkem 253204 1493 2018 Tabulka: Porovnání odpadů ze zvířat
Energetické plodiny Zdroje až doposud zkoumané jsou především odpadní produkty z existujících zemědělských postupů. Tato sekce prozkoumává potenciál přímé sázení energetických plodin k poskytnutí biomasy na spalování.
Z širokého spektra ostatních zemědělských plodin mají určité dobře známé druhy jasný potenciál k použití jako energetické plodiny a ostatní jsou k tomuto účelu teprve experimentálně zkoušeny. Cukrová řepa a řepka olejná jsou hlavní existující příklady a obě tyto plodiny jsou již široce pěstovány na jídlo a jiné neenergetické účely.
EEA (2006) odhaduje, že UK má 840 000 ha půdy volné pro pěstování bioenergetických plodin do roku 2010 a samozřejmě se dá očekávat, že region východní Anglie bude mít v této půdě značný podíl.
Řepka olejná Jak ukazují rozlehlá pole pronikavě žluté barvy v pozdním jaru, řepka olejná je stále více běžnou plodinou nejen ve východní Anglii. DEFRA (2005) odhaduje, že je současně pěstováno celkově 101 000 hektarů řepky, i když je to plodina, která z Anglie zmizela a byla znovu uvedena v 50.letech (2007). Je to jedna z pouze dvou běžných olejných plodin v Evropě (EEA, 2006). Druhou plodinou je slunečnice, která je však ve Velké Británii už jen zřídka k vidění.
Plodina je kultivována především pro své olejonosné tobolky. Řepkový olej je široce konzumován jako rostlinný olej pro kuchařské účely. V závislosti na rozdílnosti plodiny je také olej používán jako surovina pro výrobu biopaliv, lubrikantů, barev a polymerů (IENICA, 2005). Zbytky po extrakci oleje skládající se z obalu rozdrcených semen mají velký obsah proteinů a jsou používány nejen jako krmivo pro zvířata. Také má využití v bioplastech, pojivech, kosmetice a v mnoha jiných materiálech (IENICA, 2005).
DEFRA a ONS (2007) nedávno publikovali definitivní sadu statistik o výnosech řepky z posledních pěti let. Tyto statistiky ukazují, že výnosy po celé Británii se pohybovaly od 2,9 - 3,4 tun na hektar, tyto hodnoty však nevyhnutelně byly závislé na počasí během pěstitelské sezóny. Poslední hodnoty pro východní region založené na zimní řepce
Stránka 21
(dominantní druh) s 9% obsahem vlhkosti jsou poněkud vyšší, tj. 3,6 tuny na hektar (DEFRA a ONS, 2007). Díky ideálním pěstitelským podmínkám jsou britské výnosy řepky mezi nejlepšími na světě (Turley et al., 2002). To vyúsťuje v celkový výnos řepky o hodnotě 360 ktun pro tento region. Při 40% obsahu oleje v semenu řepky (Richards, 2000; IENICA, 2005; NFU 2007) získáme v závěru přibližně 145 kt čistého řepkového oleje a 218 kt zbytků.
Klíčovou otázkou je, kolik tohoto materiálu je v současnosti dostupného pro energetické použití. Je nemožné dát definitivní odpověď, jelikož tyto informace jsou aktuálně závislé na podmínkách trhů napříč Evropou. Je jasné, že existuje velká poptávka po mnoha produktech z řepky, ale to co může změnit situaci, je vzrůstající poptávka po biopalivech. Řepkový olej je ideální surovina pro výrobu biodieselu a jeho rozvíjení pro tento účel rapidně roste v Německu, Francii a Itálii, ale ve Velké Británii je stále malý (IENICA, 2005).
Posouzení detailního stavu evropských trhů s řepkou olejnou je nad rámec této zprávy. Důležitějším bodem bude prozkoumání potenciálu další kultivace v regionu. Stejně jako pro obilné plodiny i zde je velký potenciál ke zvýšení produkce řepky využitím rezervní půdy, které je v regionu dostupných 120 000 hektarů (DEFRA, 2005). Využití 100 000 hektarů této půdy by zhruba zdvojnásobilo hrubou produkci. Názor jedné strany je, že tato země by měla být ponechána kultivaci řepky speciálně pro energetické účely a zanechat existující pole a trhy nepoznamenané, ale Turley et al. (2002) varuje, že tato akce by mohla mít nepříznivé dopady na životní prostředí.
V tomto bodě je cílem odhadnutí energetického obsahu, který by byl dostupný jak pro olej, tak pro zbytkový materiál. Samozřejmě, že sklizeň řepky také vynáší slámu, ale energetický potenciál tohoto vedlejšího produktu již byl analyzován spolu s ostatními typy slámy v předchozí kapitole. Čistý řepkový olej má NCV mezi 37,6 - 37,9 MJ/kg (FBR, 2006 a MAN B&W Diesel, 2006) a zbytkový materiál, který je hořlavý (IENICA, 2005), nabízí kolem 18 KJ/kg (Saynor et al., 2003). Pro hypotetických 100 000 hektarů kultivace řepkové energetické plodiny to vynáší celkový energetický obsah 9 300 – 9350 TJ.
Cukrová řepa Cukrová řepa je dvouletá rostlina pěstovaná pro své hlízy, které mají vysoký obsah řepného cukru, až 17% (Henke et al. 2006). Jedná se o důležitou plodinu v severních zeměpisných šířkách. Stejně jako její protějšek cukrová třtina, která je běžná v tropických regionech, poskytuje značný podíl světového tržního cukru.
DEFRA (2005) odhaduje, že v regionu je téměř 83 000 hektarů cukrové řepy, což je 55% v celé Anglii. Velké množství této plodiny je zpracováváno v regionálních cukrovarech British Sugar v Bury St.Edmunds, Wissington a Cantley, které produkují 6,25 Mt za rok (British Sugar, 2006a). Výnosy cukrové řepy jsou průměrně od 50 tun na hektar (British Sugar, 2006b) až po 57 tun na hektar (DEFRA, 2006a). Celkový roční výnos v samotném regionu by byl 4,1 – 4,7 Mt. Z toho vyplývá, že tyto cukrovary také zpracovávají i
Stránka 22
cukrovou řepu ze sousedních regionů (jako třeba East Midlands), což není překvapivé, protože společnost nedávno zavřela dva z jejich cukrovarů dále na sever (TFA, 2006).
Stejně jako řepka olejná i cukrová řepa může být pěstována výslovně jako energetická plodina, ale její primární produkty, tj. cukr a jeho odvozeniny, jsou hodnotné a je po nich silná tržní poptávka. Navíc není Anglie v oblasti cukru soběstačná, takže při současném klimatu není přeměna primární cukrové šťávy na energetické použití (například při výrobě bioethanolu) ospravedlnitelná. Náš zájem je tedy omezen pouze na odpad ze zpracování cukrové řepy, tedy dužinu (celulózu), která stále představuje značný zdroj biomasní energie. Dužina může být použita jako krmivo pro dobytek, ale v některých evropských zemích je jednoduše zaorávána (Hutnan et al., 2000).
Hutnan et al. (2000) odhaduje, že každá tuna cukrové řepy by vynesla 250 kg mokré dužiny (obsah vlhkosti přes 75%), což může představovat asi 70 kg suché dužiny (obsah vlhkosti 10%). V závislosti na výnosech cukrové řepy pěstované v regionu by to čítalo množství 287 – 329 kt suché dužiny. Za použití většího množství řepy zpracované v regionu tato hodnota naroste až na 437 kt.
Kvůli běžnému použití jako krmiva pro dobytek je energetický obsah dužiny cukrové řepy často měřen z hlediska stravitelné a metabolické energie a má hodnotu okolo 12,3 MJ/kg při obsahu sušiny 86,7% (Hameleers et al., 1999). Pro naše účely se však předpokládá, že čistý chemický energetický obsah bude vyšší. Bradley et al. (2002) udává brutto energetický obsah 4 217 kcal/kg sušiny, což je ekvivalentní 16,1 MJ/kg za použití ustáleného obsahu sušiny 91,5%. Z použití rovnosti 3,2 NCV je následně odhadnuto na 14,3 MJ/kg pro 90% sušinu.
Nakonec zkombinování těchto hodnot s hodnotami vysokého a nízkého regionálního výnosu dává celkovou hodnotu 4 100 – 4 700 TJ a když je počítáno s veškerou zpracovávanou řepou, tak se tato hodnota zvýší na 6 250 TJ.
Výmladkové plantáže rychle rostoucích dřevin (energetické plantáže, SRC) Kromě rozlehlých celkových zdrojů dřeva v regionálních lesích a zalesněných územích analyzovaných v jedné z předchozích kapitol, existuje rostoucí zájem v sázení rychle rostoucích dřevních plodin přímo pro energetické účely. Druhy univerzálně používané pro SRC jsou v těchto nadmořských výškách variace topolu a vrby.
Nápad pěstování SRC jako zdroj energie není nový a některé malé pokusy již byly v Anglii dělány v 80. letech (Bruton and Richards, 2003). Základní metodologií je zasázet pravidelně rozmístěné řízky do půdy, ořezat je po počátečním vzrůstu, aby bylo zajištěno více výhonků a poté založit pravidelný vzor růstu a sklízet každé 2-4 roky (Forestry Commision, 2002). Tento cyklus může být mnohokrát opakován a poté, co se výnosy začnou snižovat, mohou být pařízky vykopány a může se začít opět od začátku. Vytvoření a údržba SRC plantáží je více příbuzná všeobecným orným zemědělským praktikám spíše než tradičnímu lesnictví (Forestry Commision, 2002), takže SRC by měla být považována spíše za plodinu.
Stránka 23
V nedávných letech byly pokusy o SRC podporovány vládními granty, včetně DEFRA ECS, který byl ale již uzavřen. Ačkoliv nové programy jsou již v pořadí a Rural Development Programme poskytne další podporu směrem kupředu, vypadá to, že prodlevy v politickém procesu vytvořily diskontinuitu v dotacích pro ostatní roky (DEFRA, 2006b).
V současnosti jsou vedoucími regiony pro experimentální pěstování SRC East Midlands a Yorkshire (McKay et al., 2003). Naneštěstí některá nedávná selhání, jako třeba projekt ARBRE (ARable Biomass Renewable Energy) poškodila důvěru v průmysl, založeném na biomase (Bruton and Richards, 2003; Iron et al., 2005 a Laeger, 2005). Navíc klima v regionu je už teď na nejsušším konci rozsahu považovaného za vhodný pro SRC, jelikož topoly a vrby mají docela velké nároky na vodu (Broadmeadow, 2002) a jsou potřebné roční srážky v rozsahu 600 – 1 000 mm (DEFRA, 2004).
McKay et al. (2003) ohlašuje, že regionální SRC pokusy čítají pouze 110 hektarů v tomto roce. Takže v současnosti je realita taková, že SRC má malý nebo žádný podíl na regionálním mixu biomasové energie. Ovšem musíme brát v úvahu budoucí teoretické výhody upravení, např. 100 000 hektarů půdy. Když vezmeme v úvahu dočasné roční výnosy 7 -12 odt/ha (DEFRA,2004), poskytlo by takové množství průměrnou sklizeň 840 – 1440 suchých kt. Ačkoliv výnosy budou asi v dolní polovině tohoto rozmezí, pro klimatické důvody se všeobecně očekává, že SRC výnosy porostou s tím, jak nabudeme zkušenosti a jak se rozvine komercializace (Biomass Task Force, 2005). Analýzy mnoha druhů topolů a vrb ve East Midlands ukázaly výnosy po třech letech 41,7 odt/ha (Forestry Commision,2002), což by se mohlo přirovnat k 13,9 odt/ha na roční cyklus, pokud se udržuje cyklický způsob sklizně.
Jelikož všechny tyto výnosy jsou měřeny pro suché dřevo, tepelná hodnota je pro tyto výnosy kolem 18 MJ/kg. Na těchto základech je netto tepelná hodnota odvozena z GCV (DTI,2007b) průměrně jen 9,0 MJ/kg, což odpovídá 44% obsahu vlhkosti. Když vezmeme konzervativní výnos odhadovaný na 8 odt/ha (McKay et al., 2003), bylo by to 14,4 mokrých tun na hektar a celkový netto energetický obsah by byl 12 900 TJ. Pokud bude přirozeně vysoušeno na obsah vlhkosti 20 %, vlhký výnos by byl 10 tun na hektar s NCV 13,9 MJ/kg a poněkud vyšším celkovým netto energetickým obsahem 13 900 TJ. Tato hodnota není ovšem konstantní pro materiály s rozdílným obsahem vlhkosti. Ačkoliv se množství suché látky nemění, dochází ke „ztrátě“ přídavné energie při odpařování.
Toto jsou možná překvapivě vysoké hodnoty a napovídají, že SRC může mít jasnou budoucnost. Ale je jasné, že existuje mnoho politických a tržních překážek, které musejí být překonány, pokud by SRC mělo být zavedeno v krátkodobém termínu.
Miscanthus a trávy Miscanthus (někdy také nazýván „sloní tráva“) je kmen rychle rostoucích, vysokých a vytrvalých trav z Asie, které jsou snadno pěstovány a vynášejí vysoce suchý biomasový materiál. Miscanthus se těší zvyšujícímu se zájmu jako potenciálně ideální energetická plodina. Zejména jeden druh, sterilní Miscanthus x gigantem, je experimentálně zkoušen. Rostliny Miscanthusu mohou mít produktivní životnost až 15 let (DEFRA, 2001;
Stránka 24
NNFCC,2006). Plodina je připravena na sklizeň od druhého roku, i když trvá 3-5 let, než dávají vrcholné výnosy (Price et al.,2004). Potom produkuje tržní výnosy každý rok, ne jako SRC.
Typické průměrné výnosy 13 odt/ha byly zaznamenány při zkouškách (DEFRA, 2001) a experimenty provedené NNFCC (2006) tuto hodnotu potvrzují. NNFCC (2006) také oznamuje spolu s Bical Energy (2005), že bylo dosáhnuto výnosů přes 20 odt/ha, včetně Cambridgeshire. Price et al. (2004) předpovídá pomocí jejich modelu výnosy až 24 suchých tun na hektar, ale tato situace by mohla nastat pouze v jižnějších oblastech Anglie v roce s optimálními klimatickými podmínkami. Není překvapivé, že výnosy jsou silně závislé na typu a kvalitě půdy.
Bical Energy bylo aktivní ve vývoji a prosazování pěstování Miscanthusu a poznamenává, spolu s Heaton et al. (2004), že plodina je částečně vhodná z hlediska netto vynaložené energie. Jelikož vyžaduje mnohem méně vložené energie z hlediska sázení, hnojení a sklízení, než jaký je její energetický výdej, který je mnohem větší než u vrby SRC a výrazně větší než u obilovin a řepky (Bical Energy, 2005).
Stejně jako u ostatních zdrojů biomasy, kontrola obsahu vlhkosti v Miscanthusu je rozhodující, jelikož silně ovlivňuje tepelnou výhřevnost plodiny. DEFRA (2001) referuje, že obsah vlhkosti dosažený v období sklizně se pohybuje okolo 20 - 50% v Anglii, což je značně vyšší hodnota než v teplejších klimatech jižní Evropy. Avšak plodina může být na poli vysušena přirozeně před použitím.
Tepelná hodnota suchého Miscanthusu je 17 MJ/kg (DEFRA,2001), což je, jak se očekávalo, velmi blízko slámě. Klíčovou výhodou oproti slámě je však nízký obsah minerálů, což vede k nižšímu obsahu popela, a to kolem 2,7%, což je mnohem méně než u jakéhokoliv druhu slámy.
V současné době je však výhled pro Miscanthus podobný nebo možná více slibný než pro SRC. Miscanthus nedávno také ztratil svou podporu ECS, takže trh je ještě v plenkách a plodina zůstává převážně ve fázi pokusů. Posouzení budoucího potenciálního energetického obsahu vyžaduje spekulativní analýzy. 100 000 hektarů Miscanthusu dávající průměrný výnos 13 odt/ha při 30% obsahu vlhkosti odpovídá 18,6 vlhkým tunám na hektar. Na základě tohoto, za použití stejných analýz jako při výpočtech dříve, NCV by bylo kolem 11,2 MJ/kg a nabídlo by tak celkový energetický obsah 20 830 TJ.
Je hned zřejmé, že toto je podstatně více než odhady pro SRC. Jednoduše díky vyšším specifickým výnosům. Ve chvíli, kdy se výnosy přiblíží 20 odt/ha v tomto regionu, se energetický obsah zvýší o dalších 50%. Jsou možné další zisky. Laeger (2005) předpokládá, že takový scénář vysokých výnosů a potenciální profit, který by to přineslo pěstitelům, by realisticky zvedl sázení na 174 000 hektarů Miscanthusu.
Nakonec, perspektivy alternativních trav si zaslouží alespoň stručné zmínění. Nedávná studie vytvořená DTI (2006) sumarizuje objevy z počátečních zkoušek leknice rákosovité a switchgrass, jejichž chování bylo zkoušeno vedle Miscanthusu. Z těchto dvou rostlin byl
Stránka 25
slibnější switchgrass, protože jeho pěstování je levné a nabízí výnosy skoro jako Miscanthus. Na jednom místě dokonce Miscanthus předčil. Rozhodně by ale bylo výhodné vykonat hlubší výzkumy v této oblasti a prozkoumat tak plný výnosový potenciál těchto plodin a zjistit, jestli se jejich pěstování a kultivace má podporovat (DTI,2006).
Analýzy Práce předložená v této kapitole nabízí aktuální odhad všech hlavních zdrojů biomasy dostupných ve východní Anglii (East of England). Průzkumem kvantity a vlastností každého zdroje se potvrdilo, že je možné odhadnout celkový čistý (hrubý) energetický obsah v současnosti nebo v blízké budoucnosti.
K rekapitulování a shrnutí hodnot jsou vypočítány vysoké a nízké odhady a pro každý zdroj jsou prezentovány v grafu. Doposud však nebylo ještě nic řečeno o tom, jak by mohla být tato energie těžena a používána.
Graf: Rozložení a množství energie
Pro představu výsledků bádání použijme relativní velikosti celkových energetických potenciálů pro studované zdroje biomasy. Graf je založen na nejvyšších odhadech s hodnotami velikostně příbuznými jako u slámy. Sláma byla vybrána jako základní čára, jelikož nabízí nejvyšší energetický obsah ze současných dostupných zdrojů v regionu.
Nelze jednoduše sečíst celkový energetický obsah všech těchto zdrojů, protože jejich potenciály jsou založeny na vzájemně se vylučujících předpokladech. Např. při použití 100 000 hektarů půdy, která může být započítána pouze jednou. Takže segmenty v grafu nereprezentují podíly celkové energetické bilance.
Stránka 26
Proveditelnost celkového propočtu
Abychom došli k realistickému odhadu celkové velikosti zdroje, musíme si představit následující případ. Předpokládejme, že zemědělský vzhled regionu zůstává tak jako v současné podobě, podíly slámy, dřeva, kurníkové podestýlky, dobytčího hnoje a dužiny cukrové řepy můžou být důvodně zahrnuty do celkového energetického odhadu. Zařazení řepky (olejnatá semena, zbytkový materiál) je problematické, protože již dnes existují dobře fungující trhy. Další rozvoj řepky olejné jako hlavní energetické plodiny by vyžadovalo rozšíření doposud používaných půd.
Ohledně energetických plodin DEFRA (2007a) věří, že Velká Británie jako celek by mohla poskytnout 350 000 hektarů půdy do roku 2020. Protože má východní Anglie dominanci v zemědělné produkci, je možnost, že region bude pěstovat 100 000 hektarů energetických plodin, nereálná. Tato hodnota je přesto o mnoho menší než celkový odhad Laegera (2005). Do předpokládané celkové bilance zemědělské půdy oseté energetickými plodinami může být přidán podíl Miscanthusu. Má vysoké výnosy a tedy i vysoký energetický obsah na hektar (Laeger, 2005).
V provádění kalkulací celkové energie musí být také započítány rozdíly mezi nejoptimističtějšími a nejkonzervativnějšími odhady pro každý zdroj (založenými na menších výnosech, dobách obnovy a odhadů NCV). Tabulka ukazuje rozpis pro obě tyto možnosti.
Již zmíněná hodnota ve zprávě Hams et al. (2000) pro regionální energetický potenciál biomasy a biopaliv byla ekvivalentní k hodnotě 25 200 TJ. Naše odhadované hodnoty jsou rozsáhlejší, i když řádově stejné. Tento fakt by neměl být překvapením a výše uvedené analýzy částečně vysvětlují, proč tomu tak je. Je předem jasné, že hodnoty vypočítané v této kapitole jsou záměrně optimistické a je předpokládáno, že všechen odpad mnoha zdrojů by byl opravdu určen pro energetické účely.
Je také důležité zdůraznit, že tyto hodnoty představují hrubý základní energetický obsah, ne množství energie, která by mohla být vyrobena a dodána k použití.
Energetická rovnováha zdrojů biomasy by měla být analyzována, což vyžaduje posouzení energie použité při pěstování (kultivování), hromadění a dopravě materiálu. Výběr schématu použití bude mít velký dopad na celkové energetické odhady. Obecně řečeno, produkce tepla, buď samostatně nebo v kombinaci s produkcí elektřiny (CHP), vede k daleko větší spotřebě energie v porovnání s výrobou samotné elektřiny. Biomasa je již částečně uzpůsobena pro přímou produkci použitelného tepla, což většina ostatních forem obnovitelné energie není.
K poskytnutí širšího kontextu vezmeme v úvahu dvoje fakta. Celková poptávka po elektřině ve východní Anglii je kolem 28 200 GWh nebo 102 000 TJ (DTI,2004) a stále roste. Elean Power Station (Eleanská elektrárna), běžící převážně na slámu, má souhrnnou účinnost cyklu 32,5% (Newman, 2003b). I když připustíme, že jedna třetina celkového teoretického energetického obsahu biomasy by byla přeměněna na
Stránka 27
dodatelnou elektřinu, pokrylo by to pouze 17-25 % celkové regionální poptávky. A to není zahrnuta velmi velká energetická poptávka po topení a transportnímu palivu.
optimistický předpoklad konzervativní přístup (TJ) (TJ)
Miscanthus 31240 Miscanthus 20830 sláma 25300 sláma 16450 dřevo 9760 dřevo 6790 řepa 4700 řepa 4100 odpad drůbež 3600 odpad drůbež 3100 dobytčí mrva 2020 dobytčí mrva 1490 celkem 76620 celkem 52760 Tabulka: Dva možné způsoby chápání biomasového potenciálu
Zatímco biomasa má velký potenciál jako obnovitelný zdroj energie, už teď je jasné, že pouze v kombinaci s ostatními zdroji umožní východní Anglii splnit cíle udržitelné energie, ne-li podpořit širokou náhradu fosilní palivové energetické infrastruktury.
Minoritní zdroje Jak již bylo řečeno, nebyly pokryty všechny zdroje biomasy. Zbývající zdroje mají mnohem nižší důležitost a rozsah. Tyto zdroje zahrnují lůj a kostní moučku ze zvířecích jatek, odpad z brambor a jiných kořenových plodin, brukev a jiné salátové plodiny, ořezy z ovocných sadů, odpad z potravinářství a zahradnictví.
DEFRA (2005) poskytuje seznam kultivovaných oblastí pro kukuřici, len, ovoce, květiny a hlízy, vše pod 100 000 hektarů. Zelenina a salátové plodiny (kromě fazolí) mají celkem 33 000 hektarů a množství odpadního materiálu je přiměřeně malé. Biomasa z těchto zdrojů může být úspěšně smíchána s těmi hlavními v různých zpracovatelských procesech (spalování pro suchou biomasu nebo pro mokrou biomasu). Mohou tedy přispět ke vzrůstajícímu potenciálu regionální celkové energie z biomasy, ale nemohou být považovány za hlavní samostatný energetický zdroj.
Racionalizace zdroje Důležitým krokem je vybrat nejslibnější zdroj pro hlubší analýzu. Sláma nemůže být opomíjena, protože v současných zdrojích je na prvním místě. Představuje rozsáhlý, dobře distribuovatelný zdroj materiálu a její využití v lokálních elektrárnách dokazuje použití v Elean Power Station.
Dřevo a odpad z lesa je dalším hlavním zdrojem. Jeho produkce bude dále značně růst, a proto je další výzkum v této široké oblasti potvrzen.
Zvířecí odpady představují podstatně menší zdroj energie, proto dále nebudou do této studie zahrnuty. Kurníková podestýlka je již v regionu odzkoušena a plně využívána jako palivo v elektrárně, jmenovitě EPR Thetford plant. Z tohoto důvodu předpokládáme malý potenciál dalšího růstu. Dobytčí odpad nabízí nejmenší potenciál z hlediska
Stránka 28
energetického obsahu ze všech uvedených a studovaných zdrojů. Ačkoliv jeho použití v procesech jako anaerobní vyhnívání pravděpodobně poroste, nebude hrát nejspíš hlavní roli v energetické bilanci regionu. Situace v regionech Anglie s větší intenzitou chovu dobytka může být jiná, ale to by mělo být zpracováno v samostatné studii.
Z analyzovaných energetických plodin je jasné, že z pohledu na výnos potenciálního energetického obsahu na hektar řepka olejná vítězí nad cukrovou řepou a Miscanthus nad SRC. V ostatních částech Evropy přitahuje řepka větší pozornost zejména jako biopalivová plodina a vzrůstající poptávka po biodieselu vede k velkým nárůstům cen řepky. Tento fakt způsobuje problémy v potravinářském průmyslu (Bockey, 2006). Ačkoliv ostatní vedlejší produkty (sláma a odpadní materiál) mají potenciální energetické využití, použití řepky na výrobu biodieselu je stále převládající. Z tohoto důvodu nebude řepka zahrnuta jako klíčový zdroj.
Miscanthus je vybrán jako preferovaná energetická plodina této práce. Za použití buď optimistických nebo konzervativních scénářů z výše uvedené tabulky, potenciální energetický obsah slámy a Miscanthusu představuje přes 70% celkového odhadovaného energetického obsahu, který zahrnuje všechny hlavní zdroje biomasy. Přidáním dřeva se tato hodnota navýší na 85%. Tyto zdroje budou tedy vybrány jako aplikovatelné zdroje.
Stránka 29
4. Používané technologie Biomasa je rozlišný a různorodý zdroj energie. I při omezení analýzy pouze na dřevo a slámu se rozsah technologií navrhovaný k získání energie zásadně liší. Některé se již úspěšně používají, jiné jsou teprve ve fázi raných pokusů nebo prekomercializace. Cílem kapitoly je analyzovat tyto provozy a vybrat ty nejslibnější. Studie konkrétních příkladů již používaných technologií dodají analýzám důležitý rozměr.
Mnoho technologií, o kterých budeme mluvit, může být také aplikováno na Miscanthus. Konečný produkt jeho pěstování jsou dlouhá, suchá, buničitá stébla. Když je Miscanthus sklizen a sbalen, mnoho jeho fyzických vlastností je z vnějšku podobných vlastnostem slámy. Obsahuje však na jednu stranu vyšší obsah vlhkosti, ale na druhou stranu menší obsah minerálů generujících popel. Tyto skutečnosti způsobují, že jeho vlastnosti spalování jsou bližší k vlastnostem spalování dřeva (Heaton et al., 2004). Několik příkladů použití Miscanthusu bude zmíněno v následujícím textu.
Spalování slámy Spalování je zdaleka nejběžnější technologií přeměny pro biomasu (IEA, 2004). Jako hořlavý materiál může být sláma používána k výrobě tepla pro účely buď přímého topení, k přípravě teplé vody nebo k výrobě páry používané při výrobě elektřiny.
Spalování je v principu jednoduché, ale dosažení maximální efektivnosti a minimálního znečištění vyžaduje velké zkušenosti. Cílem této kapitoly je ukázat, jak se technologie spalování slámy liší od typického spalování v uhelných elektrárnách a s jakými problémy se potýká.
Celkový pohled na hoření slámy Sláma může být spalována v celku (ve formě balíků), nebo volně (v nařezané nebo rozpadlé formě). Pece nebo bojlery na slámu mohou být rozděleny do těchto kategorií:
Roštové topení
Přeplněný pevný rošt - sláma je vložena do pevného roštu, ve kterém je přívod vzduchu zespoda. Rošt se nepohybuje, ale může být vyroben tak, aby vibroval, což způsobuje odstranění spodního popela a zabraňuje struskování. Může být použito vodní chlazení.
Přeplněný pohybující se rošt - toto jsou řetězové rošty, které utvářejí pás otočného pohonu, podobné jezdící cestě (schodům). Palivo dorazí a je zapáleno na začátku. Jak se pohybuje pecí, je postupně dokončován spalovací proces, spodní popel se vysype na konci cesty. Rošty mohou být horizontální nebo nakloněné.
Práškové hoření - moučka nebo nasekané palivo je zapáleno v topeništi, kde se jeho většina zplyňuje a shoří do plynné fáze. Zbývající pevné zbytky spadnou na rošt a tam shoří.
Stránka 30
Fluidní spalování
Bublající fluidní spalování (BFB) – práškovité palivo je smícháno s říčním materiálem, např. pískem, a je přiváděn spodní oheň o malé rychlosti, aby bylo dosaženo cirkulace částic jako ve vařící se kapalině. Výsledné míchání a víření způsobuje efektivní spalování, ale v bublajícím materiálu dochází k mírnému nabývání na objemu v porovnání s jeho klidovým stavem. Tato technologie je částečně flexibilní s ohledem na typ paliva a jeho velikost (SEVEn, 2004).
Cirkulující fluidní spalování (CFB) – jsou použity daleko vyšší rychlosti spodního plamene, což způsobuje výraznější nabírání na objemu říčního materiálu a zaplňuje se tak většina spalovací komory. Je dosaženo daleko prudšího mísení, ale jsou vyžadovány malé částečky paliva k dokonalému spalování. Částečky říčního písku a zuhelnatělého paliva vstupují do kouřového plynu a jsou unášeny vzhůru, jemné částečky popela jsou jímány v odlučovacím cyklonu, nedohořelé větší částice jsou recyklovány zpět do spalovacího cyklu.
Obecně jsou roštové systémy levnější a jednodušší, ale jedním záporem je nehomogenní spalování a dalším je nepoddajnost paliva (SEVEn,2004). Jiné roštové systémy, jako např. podsuvné rošty, nejsou pro slámu považovány za vhodné. Vyžadují paliva s nízkým obsahem popela (SEVEn, 2004), a proto jsou spíše používány pro spalování dřevěných štěpků nebo jiných pevných paliv. Fluidní kotle jsou dražší a jsou většinou uzpůsobeny pouze pro velké výrobny (elektrárny). Nabízejí ale dokonalé spalování a lepší převod tepla, i když za cenu vyššího obsahu zplodin a limitované flexibility.
Doprava slámy a přivádějící ústrojí mohou být také podobně klasifikovány jako mechanické nebo pneumatické. Mechanická doprava zahrnuje buď posun celých balíků na dopravník nebo posun volné nasekané slámy po šroubovitém roštu. Pneumatická doprava typicky používaná v práškovém hoření využívá vysokotlaký vzduch k foukání nasekané slámy palivovým potrubím až do spalovací zóny.
Existující schémata přímého spalování slámy
Eleanská elektrárna (Elean Power Station) Eleanská elektrárna (Elean) je největší elektrárnou na světě spalující slámu a nachází se ve východní Anglii. Elean nabízí mnoho poznatků o výhodách a nedostatcích spalování slámy, sesbíraných po téměř sedm let provozních zkušeností.
Sláma je dovážena nákladními automobily ve formě kvádrových balíků o standardní velikosti. Řada balíků naskládaná podél náklaďáku je sbírána sběrným systémem a obsah vlhkosti každého páru balíků je analyzován a zaznamenáván v reálném čase (Newman, 2003a). V závislosti na části roku jsou balíky dále dopravovány pojízdnými mostovými jeřáby a skladovány v palivové stodole, která má dostatečnou kapacitu asi na čtyřdenní spotřebu (2 100 tun).
Stránka 31
Palivový systém je plně automatizovaný a balíky jsou řezány a podávány šnekem do čtyř spalovačů. Pevné roštové spalování má dvě fáze. První je na nepohyblivém roštu, kde jsou vypuzeny prchavé složky, které jsou spáleny v plynné fázi. Druhá fáze je na vibrujícím roštu, kde je spálena zbývající pevná látka a spodní popel propadne. Vrcholná teplota v peci je 850°C a je udržována do spálení 10% zemního plynu, aby byly vykompenzovány efekty různých obsahů vlhkosti slámy. Jsou udržovány dvě doby setrvání za této teploty, aby bylo zajištěno dokonalé spálení včetně dioxinů.
Spalování Miscanthusu již bylo v Eleanu také vyzkoušeno. Byl vytvořen program malých změn, aby v Eleanu mohl být spalován i nový typ paliva (Newman, 2003b). Výsledky pokusu byly vysoce pozitivní, přičemž chod elektrárny byl takřka nezměněn. EPR uvažuje o návrhu brát od lokálních farmářů balíky Miscanthusu pod dlouhodobým kontraktem tak, jak to dělá i se slámou.
Mimo speciální spalovací pece operuje elektrárna ještě s běžným Rankinovým oběhem. Pára opouští vysokotlaký vodní potrubní bojler při teplotě 520°C a tlaku 92 barů a pohání dvoustupňovou parní turbínu. Kondenzátor je chlazený vzduchem, takže není zapotřebí žádný externí zdroj vody na chlazení.
Parní turbína pohání generátor, jehož výkon elektřiny je 11 kV a subsekventní transformátor poskytuje zvýšení na 33 kV. Elektrický výkon elektrárny je přímo ovlivněn obsahem vlhkosti slámy, který se během roku liší. V sezóně 2001–2002 celková efektivita cyklu elektrárny měla maximum přes 35% během některých zimních měsíců a spadla pod 30% na jaře. (Newman, 2003a).
Celková efektivita elektrárny je omezena, stejně jako pro všechny elektrárny Rankinova oběhu, především nemožností zachytit a zužitkovat odpadové teplo. Teplo ztracené kouřovými plyny včetně odparu vody, jehož latentní teplo odpařování není pokryto a teplo odvedené do kondenzátoru představuje podstatnou ztrátu energie. To je důvod, proč CHP instalace, které odvádějí použitelné teplo stejně jako elektřinu, často mají podstatně vyšší celkovou efektivitu. Ale jejich konstrukce vyžaduje přítomnost blízkého konzumenta tepla.
V souladu s dodržením nařízení ochrany životního prostředí Elean přísně monitoruje systémy zpracování kouřových plynů před výfukovou trubkou. Vápno je přivedeno intenzitou 55 kg/hod (během pokusů s řepkou byla mnohem menší intenzita), aby zneutralizovalo kyselé složky.
Výsledné vápenaté složky jsou zachycovány v čistící stanici s textilním filtrem spolu s ostatními částicemi. Výsledný létavý popílek je zapracován do hnojiva dceřinou společností EPR Fibrophos. Jeho vysoký obsah draslíku a fosfátů jej dělá velmi cenným.
Náklady na postavení elektrárny byly 47 miliónů liber (v cenách roku 2000) a je pod kontraktem NFFO do roku 2013. Cena slámy je až 35 liber/tunu (z čehož jen 2 libry/tunu dostanou farmáři)(SCST,2004).
Stránka 32
Dánské CHP elektrárny spalující slámu Dánsko má na poli obnovitelné energie vedoucí a zaslouženou světovou reputaci. Stejně jak rozvíjí svůj známý průmysl větrných elektráren, má významnou zkušenost i v provozu elektráren spalujících biomasu.
První otevřená CHP elektrárna spalující slámu na světě byla ve městě Haslev v roce 1989 (CADDET, 1998a). Využitím poptávky po použitelném teple, stejně jako vyráběním malého množství elektřiny, dosahuje elektrárna celkové efektivity 86 %. Tato hodnota je založena na tepelné hodnotě slámy v momentě vložení, tedy na její vlhkosti. Následující rok byly obdobné elektrárny otevřeny v Rudkobingu a Slagelse (Christiansen and Fock, 2000). Během 90. let bylo otevřeno několik dalších dánských elektráren běžících na směsné zdroje biomasy.
Z hlediska elektrického výkonu jsou všechny tyto elektrárny mnohem menší než Elean, ale mnoho jejich technologií poskytlo model pro pozdější vývoj Elean. Jednou z ilustrací, jak technologie vyspěla, je zvýšení teploty páry mezi prvními elektrárnami a Eleanem. Všechny dánské elektrárny limitují teplotu páry na 450°C (Christiansen and Fock,2000; Energistylersen, 2000), aby udrželi teplotu stěn pece pod 500°C z důvodů omezení koroze (CADDET, 1998b).
Spalování v Haslevu je dosaženo pomocí systému pevného „doutníkového potrubí“, ve kterém jsou balíky dopravovány uzavřeným tunelem v nosném systému. Když se dostanou ke vstupu do topeniště, jsou balíky vystaveny proudu vysokorychlostního spalovacího vzduchu a následně se spálí zepředu dozadu (CADDET,1998a). Tunel sám o sobě se chová jako ochrana proti ohni (protipožární stěna), aby byla zajištěna bezpečnost skladovací oblasti slámy.
Obrázek: Diagram procesu spalovny Haslev CHP
Přímý spalovací proces celých balíků se tedy značně liší od více komplexní technologie používané v Elean, kde je nepřetržitě dodávána nasekaná sláma do spalovací komory.
Stránka 33
Rudkobing využívá sekací stroj, stejně jako Slagelse (Energistylersen, 2000). Tuto elektrárnu postavil FLS Miljo (Christiansen and Fock, 2000), tj. stejný dodavatel, který postavil Elean.
Bojler v Haslev má třífázový systém se dvěma přehřívači (Elean má tři). Kompletní proudové schéma pro elektrárnu Haslev je znázorněno na obrázku. Je jasné, že hlavní doplňkový článek dánských elektráren je systém dálkového vytápění. V Haslevu je voda ohřívána jak ekonomizérskou cívkou umístěnou ve výfuku pece, tak dvěma tepelnými výměníky, které kondenzují použitou páru z vícestupňové turbíny. Akumulační nádrž ukládá až 3 500 m3 horké vody (Rudkobing a Slagelse mají podobné nádrže) a tyto nádrže umožňují větší flexibilitu elektrárny ve vztahu k nárazové poptávce po teple.
Haslevská elektrárna používá systém filtru sběrné komory k vyčištění odpadních plynů, který je umístěn před průchodem tlumiče a potrubím. Kontrola částečných emisí v Rudkobingu byla nejdříve prováděna ESP, ale později byla nahrazena filtrem sběrné komory, který měl mnohem lepší výsledky (CADDET, 1998b).
Z hlediska celkové činnosti má Rudkobing kapacitu 2,3 MW elektrického výkonu a značný přímý tepelný výkon 7 MJ/s a dosahuje tak celkové účinnosti kolem 87%; Haslev může nabídnout 5 MW elektřiny a 13 MJ/s tepla. Slagelse je z těchto tří největší a poskytuje 11,7 MW elektřiny a 28 MJ/s tepla (Christiansen and Fock, 2000). Všimněme si důležitosti oblastní tepelné provize, která v každém případě představuje hlavní podíl celkově dodané energie. Přehlížení těchto aspektů vysvětluje, proč čistě elektrické elektrárny jako Elean mají výrazně menší efektivity cyklů než CHP elektrárny.
Nová stavba v Dánsku je Avedorevaerket ´2´ multi-palivová CHP elektrárna, která byla postavena vedle uhelné Avedorevaerket ´1´ a uvedena do výroby v roce 2002. S kombinací četných bojlerů a doplňkových plynových turbín s kombinovaným cyklickým systémem je tento závod schopen dosáhnout 95% celkové účinnosti, když běží ve společném módu (Manczyk and Leach, 2002). Elektrárna má vyhrazený zplyňovací bojler na biomasu, který přispívá přibližně 48 MW elektrického výkonu a 47 MJ/s tepelného výkonu (Manczyk and Leach, 2002). Používá hlavně slámu, které spotřebuje 150 ktun za rok. Dále je také schopen spotřebovávat dřevěné štěpky. Primární bojler běží částečně na dřevěné brikety, které jsou doplňovány zemním plynem a topným olejem. Parní cyklus je integrovaný, takže pára z obou bojlerů a HRSG je hnána do jednotlivé parní turbíny. Toto provedení je ilustrováno na obrázku.
Stránka 34
Společné hoření slámy I ty největší slámu spalující elektrárny, včetně Eleanu, jsou malé v porovnání s typickými centralizovanými uhelnými elektrárnami. Avšak v nedávných letech se pro tyto velké uhelné elektrárny po celé Evropě stalo běžné, že spolu s uhlím spalují i určitý podíl pevné biomasy, někdy
Obrázek: Schéma elektrárny v Avedore obsahující slámu. To elektrárnám umožňuje snížit emise CO2 (DEFRA, 2007a) a je to zdůvodněno téměř uhlíkovou neutralitou biomasových paliv. Elektrárny tímto krokem přispívají k národním cílům redukce emisí.
Z hlediska opatřování paliva může být spoluhoření prováděno různými způsoby. Biomasa může být předmíchána s hlavním palivem (semletím), tudíž použitím existujícího systému dodávky paliva a existujících spalovačů, nebo může být připravena odděleně a dodávána do pece zvláštním transportním systémem. V dalším případě může být spalována buď v modifikovaných dvoupalivových spalovačích nebo pomocí přídavných spalovačů.
Potenciál Velké Británie Raná teoreticky realizovatelná studie byla provedena PowerGenen (1997) a zkoumala efekty současného spalování slámy a dřeva. Studie zjistila, že dostatečné zásoby slámy z obilnin a řepky byly dostupné k 10% současnému spalování pro jeden 500 MW uhelný provozní kotel (to by činilo takové množství energetického výkonu, o něco větší než má
Elean). Výhody byly předpovězeny pro emise oxidu siřičitého (SO2), oxidů dusíku (NOx) a samotného CO2, ovšem rizika byla v možném zvýšení emisí kyseliny solné (HCl) se současnou kontaminací létavého popílku a zvýšeným nánosem popela a koroze bojleru.
Stránka 35
V Anglii v roce 2005 bylo pro společné spalování použito 1,4 Mtun biomasy (DEFRA, 2007a) a 7,2% tohoto množství byl granulovaný cereální odpad. Samotná sláma ještě není v Anglii používána ke společnému spalování, i když některé elektrárny již projevily o tuto technologii zájem (AEA Energy and Environment, 2006).
Dánské pokusy společného spalování Dánsko bylo první zemí, které provádělo pokusy společného spalování slámy. V roce 1995 byla nejstarší jednotka Studstrupské uhelné elektrárny modifikována, aby přijmula 20% slámy (Overgaard et al., 2004). Po dosažení uspokojivých výsledků byla přeměněna větší jednotka Studstrupu (350 MW) a v současnosti již komerčně spoluspaluje od roku 2002.
Pro provedení pokusu musely být jednoduše upraveny čtyři spalovače v horní řadě zadní zdi pece. Olejové přívodní trubky (používané na vstřikování oleje během zažehování) byly přemístěny, aby uvolnily cestu slámě ve spalovacích jádrech. Ostatních 20 spalovačů bylo ponecháno v původním stavu, aby spalovaly pouze práškové uhlí. Byl zkonstruován systém manipulace se slámou tak, aby šlo jednoduše manipulovat balíky slámy o hmotnosti od 450 – 600 kg. Systémy vykládání balíků slámy, měření vlhkosti a skladování jsou velmi podobné těm, které používají v Eleanu. Zařízení zpracuje až 20 tun slámy za hodinu. Balíky jsou rozřezány a poté sláma putuje do kladivové drtičky, kde je nasekána na kousky menší než 5 cm (Overgaard et al, 2004). Takto upravená sláma dále přichází na pneumatický transportní systém, ve kterém rotující pístové dmychadlo unáší částečky slámy modifikovanými kombispalovači.
V Dánsku se také provedlo značné množství pokusů společného spalování Miscanthusu. Miscanthus byl spalován s uhlím s uspokojivými výsledky v poměru 1 : 1 v experimentálním fluidním bojleru (Heaton et al. , 2004).
Pokusy společného spalování v USA Uhelná elektrárna 725 MW v Iowě v USA také experimentovala s pokusy společného spalování slámy ze switchgrassu (podobné Miscanthusu). Technologie použitá v Ottumwa Generatting Station je založená na dánském modelu. Jako taková zahrnuje pomalý rozbalovač (k rozbalení balíků slámy), vysokorychlostní kladivový mlýn a pneumatický pásový systém (DOE,2004). První pokusy byly vykonány v roce 2000 a zahrnovaly spalování 15,2 tun slámy za hodinu (Alliant Energy, 2007).
Zařízení na ovládání slámy bylo vylepšeno a druhý pokus byl vykonán v roce 2003. Cílem bylo detailní monitorování emisí a složení létavého popílku (Alliant Energy, 2007). V tomto čase byl nainstalován dopravník na manipulaci s příchozími balíky a automatický stroj na odstraňování motouzů k přípravě balíků před sekáním. Provozní spolehlivost tohoto stroje na zpracování switchgrassu byla 8 – 10 hodin chodu (DOE,2004).
Důležitost v odhadování změn ve složení popílku byla z komerčních důvodů, jelikož byl dlouho prodáván pro použití v betonovém průmyslu. Environmentální pravidla jsou nastavena American Society for Testing and Materials (ASTM) a testy pocházející z roku
Stránka 36
2003 ukázaly, že létavý popílek odpovídá klíčovému ASTM 618 požadavku během společného spalování (DOE,2004; Alliant Energy, 2007).
Další testy a modifikace byly vykonány na manipulačním stroji se slámou během roku 2004. Cílem bylo zmenšení velikosti částeček paliva, optimalizování spotřeby energie a záruka dlouhodobé spolehlivosti. Pásová doprava byla vylepšena, bylo přidáno vážení balíků a systémy měření vlhkosti. Dále byl zvýšen výkon pneumatického transportního systému a byly integrovány systémy jiskrového detektoru a likvidace požáru (DOE, 2004).
V roce 2005 byla konstrukce kompletní. Vše toto bylo vykonáno pro přípravu závěrečných testů společného spalování, které nakonec proběhly na jaře 2006. Během těchto dlouhodobých testů běžela elektrárna permanentně s přídavkem 5% switchgrassu po 2 000 hodin.
Pokusy byly úspěšné a zlomily světový rekord v množství energie odvozené ze switchgrassu. Poslední krok k plné komercializaci společného spalování je vyřešení problémů s korozí bojleru po testech a zaručení kontraktů na zásobování switchgrassem (Alliant Energy, 2007).
Malé kotle na slámu V Dánsku a jinde je na farmách běžné, že mají kotle na slámu. Nyní jsou často na dávky a spalují 1-4 středních nebo velkých balíků slámy najednou nebo 8-10 malých balíků (Centre for Biomass Technology,1998). Moderní jednotky mají kontrolní systémy, které se liší rychlostí vzduchových ventilátorů spalování (a tedy podílem přebytečného vzduchu), monitorováním teploty a obsahu kyslíku odpadních plynů. Obrázek ukazuje příklad takového kotle, který využívá roštového topení s přídavným vzduchem.
Automatické spalovací kotle jsou více komplexní. Tyto kotle používají zmenšené verze technologií manipulace se slámou používané v Elean nebo Haslev. Řady balíků jsou pásem přesunuty do nízkorychlostního drtiče a šroubovitý přikladač poté nese volnou slámu směrem k roštovému topeništi. Výhodou plynulého spalovacího systému je větší stabilita spalovacího režimu, což vede k vyšší efektivitě (Centre for Biomass Technology, 1998).
Stránka 37
Obrázek: Schéma spalovacího kotle na slámu
Všeobecně platí, že čím větší kotel, tím efektivněji pracuje. Automaticky spalující slámové kotle o kapacitě 200 kW dosahovaly efektivity až 70% v pozdních 90. letech, třebaže je to znatelně méně, než jaké efektivity mohou dosáhnout bojlery na dřevěné štěpky. V Dánsku pokračuje výzkum k dalšímu rozvoji a standardizaci technologie pro slámové kotle pro farmy. Kontrola spalovacího vzduchu, redukce emisí prachu, odpopílkování a kontrolní systémy, to vše jsou oblasti pro zlepšení.
V regionu východní Anglie jsou podle Renewables East (2005) pouze tři biomasové tepelné systémy na slámu s kapacitami 60, 100 a 225 kW. Všechny mají kotle na spalování slámy od podniku Dragon v Lincolnshire. Zajímavé je, že firma Dragon upřesňuje, že těmto bojlerům vyhovuje více sláma z řepky než sláma z obilovin, pravděpodobně je to menším obsahem popílků.
Slámové brikety Sušená sláma nejlépe se sníženým obsahem vlhkosti o 10% může být upravována za tepla a pod tlakem k výrobě pevného paliva ve formě tyček, pelet nebo briket. Je to realizováno v různých částech světa a v současnosti je to komercializováno v Číně (Zeng et al., 2007). V Anglii byla tato metoda zkoumána před 20 lety (Silsoe College, 1985), ale v té době slámové brikety nemohly ekonomicky konkurovat uhlí.
Briketování vede k produktu s mnohem větší fyzickou hustotou, než má volná sláma, a proto i s větší hustotou energie. Je možné dosáhnout hodnot až 30 MJ/kg, což slámové brikety staví na stejnou hladinu jako uhlí (DTI, 2007b).
Stránka 38
Stroje většinou využívají vřetenové lisy nebo hydraulické pístové lisy. Tento postup způsobuje rychlé opotřebovávání, což vede k velmi malé životnosti klíčových částí lisu.
Zřejmá výhoda přeměny slámy na brikety zlepšuje i ekonomičnost dopravy. Nevýhodou je, že celková dostupná energie je z části spotřebována na výrobu briket. Tato spotřeba je pro stroje s výkonem 10 -20 kW v rozsahu 60 – 100 kWh/tunu (Zeng et al., 2007).
Z hlediska velkých elektráren s dostupným lokálním zdrojem volně balené slámy je jasné, že energetické náklady na výrobu briket dělají tuto technologii neospravedlnitelnou a přímé spalování nezpracované slámy je daleko více ekonomické.
Problémy s korozí a zanášením Z předcházejících kapitol vyplývá, že první obtíže se slámou jsou jednoduše ve spolehlivém zacházení s nízkohustotním volně baleným různorodým palivovým zdrojem. Mimo to jsou zde i vlivy na vzhled pece, charakteristiku a vznikání emisí. Overgaard et al. (2004) poskytl náhled na efekty zanášení pece při společném spalování slámy v Studstrup. Bylo zaznamenáno větší zanášení, které bylo snadno odstraněno pomocí ofukovače sazí (profukovače trubek).
Ofukovače sazí jsou v popsaných elektrárnách již běžné a jejich přítomnost je zmíněna i v Rudkobing (CADDET, 1998b) a Elean (Newman, 2003a). K vyčištění povrchů převodu tepla se používají ofukovače sazí a pomáhají tak udržovat optimální chod elektrárny a snižují riziko neplánovaného přerušení chodu. Většina „sazí“ vyrobených v pecích na slámu ovšem nejsou uhelnaté saze, ale jedná se o kondenzované zbytky solí jako chlorid draselný (CADDET,1998b). Nevýhoda těchto ofukovačů je v tom, že přispívají k vyšší spotřebě energie. Ty v Eleanu spotřebovávají 300 kW elektrického výkonu (Newman, 2003a).
S nárůstem podílu slámy z 10% na 20% se ve Studstrupu potýkali s tvorbou strusky, která byla způsobena tavením spodních popílků. Navíc, zatímco koroze zařízení při přídavku 10% slámy byla v základu stejná jako u spalování čistého uhlí, velice narostla při 20% podílu slámy hlavně kvůli působení síranu draselného (Overgaard et al., 2004).
Mimo obvyklé koroze vznikající zanášením a působením solí zde hraje velkou roli i působení chlóru a jeho specifické korozní problémy.
Koncentrace draslíku a chlóru ve slámě je ovlivněna počasím během období sklizně obilných plodin. Overgaard et al. (2004) oznamuje podstatný pokles během poměrně vlhkého roku a odpovídající nárůst během relativně suchého roku, kdy bylo v suché biomase nalezeno 1,5% draslíku a 0,5% chlóru.
Stránka 39
Problémy s emisemi
Emise oxidu siřičitého (SO2) ze spalování uhlí jsou sníženy společným spalováním slámy. K tomuto jevu dochází, protože sláma má daleko menší obsah síry než uhlí. Proto emise
SO2 se snižují v závislosti na zvyšování podílu spalované slámy (Pedersen et al., 1997).
Další důležitou roli v redukci SO2 hraje i výhodnější uskupení síranů (Muller et al., 1997). Jelikož většina draslíku ve slámě je organicky vázána, je tento prvek uvolňován během spalování a reaguje v plynné fázi (Pedersen et al., 1997) a vzniká běžný produkt síran draselný (K2SO4). Tvorba této sloučeniny a ostatních aerosolů je jedním z problémů spalování slámy (Obernberger, 2005).
Emise NOx jsou vždy obsaženy v jakémkoliv spalovacím systému a spalování biomasy není výjimkou. Termální NOx, který vzniká z dusíku obsaženého vzduchu, má kvůli relativně nízkým teplotám spalování malý podíl na emisích NOx. Palivový NOx vznikající z mírného obsahu dusíku ve slámě je hlavním zdrojem NOx plynů (Nussbaumer, 2003).
Kontrola NOx je dosahována různými způsoby. Postupné hoření a přísná kontrola množství přebytkového vzduchu snižuje vznikání NOx. Selekční katalytická nebo nekatalytická redukce vstřikováním redukčních činitelů do kouřového plynu může odstranit až 95% vzniklých NOx (Nussbaumer, 2003).
V elektrárně Ottumwa provedli pokusy společného spalování a testování komínových emisí ukázalo, že hladiny NOx a oxidu uhelnatého (CO) byly nezměněny v porovnání s přímým spalováním uhlí. Emise SO2, částeček a rtuti byly sníženy na 4-14% (DOE,2004), ale emise chlórových sloučenin byly zvýšeny na 11%. Složení primárního uhlí má tedy také vliv na složení kouřových plynů při společném spalování kvůli chemickým interakcím mezi plynnými produkty z uhlí a ze slámy (Pedersen et al., 1997).
V Eleanu se zvýšily emise prachu, když se spalovala směs Miscanthusu a obilné slámy, ačkoliv limity překročeny nebyly (Newman, 2003b).
Spalování dřeva Spalování dřeva k výrobě tepla je pravděpodobně nejstarší formou použití biomasové energie na světě. Ale efektivnímu spalování dřeva v širokém měřítku v technologicky vyspělých elektrárnách se v nedávné době dostává mnoho pozornosti, protože dřevo je stále rozsáhlým zdrojem biomasové energie v mnoha částech světa.
Většina technologií roštového a fluidního spalování popsaná výše může být aplikována také na dřevo. Dřevo může být spalováno ve své čisté formě, pokud je jeho obsah vlhkosti dostatečně nízký. Může být také zpracováváno do široké škály různých paliv, jako jsou štěpky, pelety nebo brikety s pečlivě regulovanými vlastnostmi. Tato kapitola a ty, které budou následovat, prozkoumávají tyto různé typy dřevních paliv a s nimi spojené procesy použití.
Aktuální mechanismus, pomocí něhož dřevo hoří, je popsán v Healion (2002). Nejprve teplota dřeva stoupá a jeho vlhkost se odpařuje a tím se spotřebovává energie tohoto procesu. Poté nastává pyrolýza a zplyňování, které začínají kolem teplot 100°C a velký podíl těkavých sloučenin je v plynné fázi vypuzován. Jelikož je ve spalovací peci přítomen Stránka 40
kyslík, těkavé látky snadno hoří při teplotách plamene 500-600°C. Přes tři čtvrtiny energetického obsahu dřeva je během této fáze uvolněno. Nakonec zbývající pevná látka (dřevěné uhlí) hoří při vyšších teplotách 800-900°C a anorganické složky jsou usazeny ve formě popela.
Velké elektrárny na dřevo Několik evropských zemí s velkými lesními zdroji postavilo velké elektrárny spalující dřevo, např. Finsko, Švédsko (Healion, 2002). Poskytují tedy mnoho příkladů moderních a efektivních elektráren s roštovou nebo fluidní technologií.
Švédsko Jednou z elektráren spalujících dřevo je Sandvik II CHP ve Växjö, Švédsko. Její elektrická kapacita je 38 MW, stejná jako v Eleanu, ale současně dodává 66 MJ/s teplé vody do místního tepelného systému a uspokojuje tak veškeré tepelné potřeby v oblasti (CADDET,1999). Z hlediska technologie používá elektrárna systém CFB s přísunem dřevního paliva 100 m3/hod. Současně je přidáván vápenec a písek do spodku spalovací komory.
Vysokotlaká pára je uvolňována při 540°C a 142 barech (skoro o 50% více než v Eleanu) a je zaváděna do duálního turbínového systému s vysokotlakými a nízkotlakými moduly, které pohánějí jediný generátor pomocí převodové skříně. Efektivita elektrické přeměny je kolem jedné třetiny, což je celkem typické. Většina zbývající tepelné energie je sbírána v kondenzátorech turbín a převáděna do teplovodního topení. Zachycování prachu je dosaženo pomocí ESP a přídavný kondenzátor sbírá teplo z toku kouřových plynů a příspívá tak dalšími 10-20 MJ/s tepelného výkonu (CADDET,1999). Spodní popílek je recyklován do lokálních lesů jako hnojivo. Schéma elektrárny je zobrazeno na obrázku.
Standvik II stojí vedle Standviku I, naftovou elektrárnou postavenou v 70. letech. Celková palivová směs se během let lišila, jednalo se o kombinaci nafty, rašeliny a dřeva. Od konce pozdních 90. let je přes 90% přivedené energie ze dřevních produktů.
Finsko Ve Finsku existují mnohem větší elektrárny než v Sandviku. Nedaleko Jakobstadu ve Finsku se nachází elektrárna s elektrickou kapacitou 240 MW CHP, která spaluje kombinaci dřeva a rašeliny s malým množstvím uhlí. Alholmens Kraft prohlašuje, že je největší biopalivovou elektrárnou na světě (OPET,2002a). Obdobně představuje jeden z největších CFB kotlů na světě s 550 MW s 11 palivovými napájecími body. Elektrárna má symbiotický vztah se sousedící papírnou. Spotřebovává část odpadních produktů papírny jako palivo, zatímco do papírny dodává zpět až 100 MJ/s ve formě technologické páry. Dalších 60 MJ/s je dodáváno do systému okrskového vytápění.
Stránka 41
Obrázek: Schéma výtopny v Sandviku
Kotel produkuje páru při známé teplotě 545°C, ale za daleko většího tlaku 165 barů. Pohání třístupňovou turbínu s vysokými, středními a nízkotlakými moduly připojenými k jednomu vodou chlazenému generátoru (OPET,2002a).
Kontrola emisí je dosažena díky ESP, což je doplněno vstřikováním vápence do kotle, kvůli neutralizaci síry z uhlí a rozprašováním čpavku do cyklonových odlučovačů (ke snížení emisí NOx v kouřovém plynu).
Mimo kotle je jednou z klíčových inovací elektrárny komplexní zpracování paliva a dávkovací systém, které jsou nutné k dodávání paliva v objemu 1000 m3/hod. V partnerství s lokálními lesnickými podnikateli jsou těžební odpady vázány speciálními stroji, které produkují přibližně 3,3 metry dlouhé balíky vážící až 500 kg. Ty jsou nakládány na nákladní automobily a při příjezdu k elektrárně jsou přiváděny přímo do vysokorychlostního drtiče, který zvládne zpracovat až 20 000 balíků denně (OPET,2002a).
Oddělené zásobovací dopravníky přepravují rašelinu, štěpky (které jsou vyrobeny v lesním skladě v lese) a uhlí. Všechny tyto suroviny jsou skladovány v několika silech, ze kterých jsou tato připravená paliva transportována do kotle.
Okolo 45% vloženého paliva je odvozeno ze dřeva (kůra, lesnické odpady a odpad z papíren a jiných dřevozpracujících závodů). Dalších 45% je odvozeno z rašeliny, s vyváženým uhlím a těžkou naftou pro začátek a ke kontrolním účelům.
Anglie Selman and Powell (2003) poukazují na hlasy volající po stavbě velké elektrárny spalující dřevo ve východní Anglii, ale zdá se, že pokrok v této záležitosti byl zbrzděn. V jiných regionech jsou ale vidět nové a důležité pokroky.
Scottish BioPower konstruuje biomasovou CHP elektrárnu poblíž velké papírny v Glenrothes ve Skotsku. Nová elektrárna s elektrickou kapacitou 52 MW nahradí
Stránka 42
elektrárnu na fosilní paliva a poběží zcela na dřevní palivo, včetně lokálně upraveného SRC. Elektrárna dodá kolem 20 MW elektřiny a 25 MJ/s páry papírně, zbytek výdeje elektřiny bude exportován do sítě (SRG,2005). Společnost má dlouhodobé plány na vybudování dvou daleko větších 250 MW elektráren v Chapelcross a Killoch, které budou také na dřevní palivo. Ve Skotsku je právě schvalována další 44 MW dřevo spalující BFB elektrárna E.ON UK v Stevens Croft nedaleko Lockerbie. Tento provoz bude největší biomasovou elektrárnou (z hlediska elektrického výkonu) před tím, než bude pravděpodobně předhoněna závody Scottish Biopower, které byly zmíněny výše.
Obrázek: Schéma továrny na biopaliva
Dalším novým provozem je ´Wilton 10´ biomasový závod v Teeside, spravovaný SembCorp Utilities UK. Jedná se o 30 MW elektrárnu na dřevěné štěpky, která bude také poskytovat 10 MJ/s technologické páry. Zdroje zahrnují směsici recyklovaného odpadního dřeva, které bude štípáno na místě, předštípané vedlejší produkty pily a kolem 20% vrby SRC, která je pěstována 50 mil od místa. Dřevěné štěpky budou spalovány v kotli s BFB (s méně násilným mísením a menší objemovou expanzí vrstev v porovnání s CFB). Tato technologie je navržena pro biomasu s vysokým obsahem vlhkosti nebo vlastnostmi těžkého popela (Modern Power Systems, 2006) a je založena na technologii již používané ve skandinávských elektrárnách.
Nakonec jedna z nejnovějších elektráren v provozu je Balcas CHP v Enniskillenu, v Severním Irsku. Tato malá elektrárna byla vybudována specificky z důvodu snížení cen elektřiny v Balcas v jejich dřevozpracujícím závodě. Dalším důvodem bylo zužitkování vedlejších produktů jejich pily (McKay et al., 2003; IEA Bioenergy, 2005). Piliny a dřevěné štěpky jsou spalovány v kotli se stupňovým roštem s výkonem 15 MW. Vycházející pára o tlaku 30 barů a teplotě 380°C pohání čtyřstupňovou turbínu, která je zdrojem pro 2,7 MW elektrický generátor. Výfuková pára je poté odváděna do pásové sušárny ke snížení obsahu vlhkosti příchozích mokrých pilin, které jsou později použity k výrobě
Stránka 43
dřevěných pelet k prodeji (IEA Bioenergy, 2005). Další informace o peletách budou uvedeny v následujících kapitolách.
Malé kotle na dřevo V současné době existuje i poměrně značný nárůst v aktivitách kolem malých vytápějících systémů, které spalují dřevo. Tyto systémy se pohybují velikostí a výkonem od domácích (pod 10 kW) až po maloprovozní (nad 100 kW tepelného výdeje). Stejně jako slámu spalující kotle i tato malá zařízení na spalování dřeva představují dobrou a cennou aplikaci technologie přímého a obnovitelného topení.
Zařízení ve východní Anglii Zajímavý příklad středně velkého dřevospalujícího tepelného zařízení poskytuje Nayland Primary School (Naylandská základní škola) v Suffolku. Škola nainstalovala kotel na dřevo v roce 2006 a nahradila jím tak starý naftový tepelný systém (Suffolk CC,2006). Kotel dimenzovaný na 100 kW byl postaven společností KWB z Rakouska a dodán firmou Econergy Ltd. Spaluje na dobré štěpky, které odpovídají specifikacím založeným na rakouských standardech. Stupeň štěpky G30 vyžaduje, aby 60 – 100% štěpků bylo ve velikostní kategorii 3-16 mm s největší délkou 8,5 cm a maximální velikostí 3 cm2. Obsah vlhkosti musí také být pod 30%, čehož je dosaženo skladováním štěpků pod střechou.
Do školy jsou štěpky dopravovány nákladními automobily a skladovány v bývalé nádrži na naftu. Odtud jsou dopravovány k KWB kotli se spalovačem s kruhovým hrdlem dopravním šnekem, který vede k palivovému systému (KWB,2006). Je použit senzor rozpoznávající palivo k dodávání spalovacího vzduchu v závislosti na kvalitě paliva a obsahu vlhkosti. Nad spalovací zónou je vertikální trubicovitý tepelný výměník, který je doplněn spirálovitým turbulátorem. Ten podporuje přenos tepla a zlepšuje samočistící vlastnosti bojleru. Spodní popel je dopravován do zásobárny popela dalšími dvěma dopravními šneky, které jsou umístěny pod topeništěm. Bojler má digitální kontrolní systém a jeho chod je plně automatizován.
Bojler má efektivitu přes 90%. Použití dřeva snižuje emise CO2 až kolem 90% v porovnání se spalováním nafty (Suffolk CC, 2006), stejně tak jako snižuje emise oxidu siřičitého díky tomu, že dřevo má zanedbatelný obsah síry. Je odhadováno, že 100 kW bojler spotřebuje 250 m3 G30 dřevěných štěpků ročně (KWB,2006).
V Naylandu byla instalována 1 500 litrová nádrž spolu s kotlem a pomáhá tomuto systému vypořádat se s kolísavým potřebným zatížením. Během 3měsíční spalovací periody škola oznámila, že těžkosti byly odstraněny a kotel pracuje na výbornou.
V Suffolkských školách bylo instalováno několik dalších kotlů. Nejnovější je 120 kW jednotka v Rendlesham Primary School, postavena společností Binder (Wood Energy Ltd, 2006). Kotel má podsuvný rošt, cyklonový odlučovač a palivový sklad plněný pomocí pneumatického dmychadla přímo z nákladních automobilů. I přes zimní měsíce je potřeba vysypávat zásobník popela dvakrát za měsíc (Wood Energy Ltd, 2006).
Stránka 44
Renewables East (2005) prezentují kolem 45 farmářských kotlů na dřevo v regionu. Většina z nich je od firmy Talbotts, která vyrábí biomasové kotle o tepelné kapacitě až 2 MW.
Pokusy s Miscanthusem Collura et al. (2006) zkoumali spalovací vlastnosti Miscanthusu v malých bojlerech původně dělaných na dřevěné palivo jak v podobě slámy, tak v podobě pelet. Cílem bylo určit, jestli je možné dosáhnout evropských emisních standardů (EN 303-5). Výsledky byly ve všech kategoriích kromě obsahu prachu uspokojivé.
Stabilita spalování v malých kotlích byla shledána excelentní s žádnými viditelnými problémy. Collura et al. (2006) dospěli k přesvědčení, že sláma z Miscanthusu se přesto nejvíce hodí pro velké elektrárny se sofistikovanými systémy kontroly emisí, zatímco pelety jsou lepším řešením pro domácí biomasové bojlery.
Peletizované dřevo Dřevní štěpky představují hodnotné a zajímavé palivo, i když je jejich hustota energie malá. Jejich složení se stále liší a jejich chování při spalování je proto těžké optimalizovat, specielně v malých systémech.
Vylepšených charakteristik může být dosaženo použitím továrních dřevních paliv a pelety jsou hlavním příkladem. Skládají se z kvalitních vysušených pilin nebo práškových dřevěných odpadů, které jsou vtlačovány pod tlakem do válcovitých pelet předem určené pevné velikosti. Obsah vlhkosti se obvykle drží pod 10% (Centre for Biomass Technology, 2002; SVEBIO, 2004). Pečlivě kontrolované vlastnosti dřevěných pelet mohou mít výnos v oblasti dolní výhřevnosti až o 50% větší než dřevěné odštěpky s obsahem vlhkosti 35% (Forestry Commision, 2007). To dělá jejich dopravu a rozdělování daleko více ekonomicky výnosné.
Největší rozměr pro vysoce kvalitní pelety je typicky pod 25 mm. Ale pro většinu dopravních mechanismů v malých peletových spalovačích je zamýšlený ideální průměr pouze 6 mm (Fiedler, 2006). V tomto měřítku se pelety pohybují a může s nimi být zacházeno skoro jako s kapalným palivem. To obnáší dopravu ve velkém v cisternách a pneumatické foukání palivovým potrubím do zásobníků.
Při výrobě pelet může být použito pojivo jako třeba kukuřičný škrob (Fiedler, 2004), ale často to není zapotřebí, protože přírodní lignin dřeva a smola tomuto účelu poslouží stejně. Pojiva vyrobená z chemických adheziv nejsou ve většině evropských zemí, které mají formální peletové standardy, povolena. Anglie ještě svůj vlastní standard nemá, ale obecný standard ohledně pevných biopaliv je připravován v rámci EU (Biomass Energy Centre, 2006e).
Výroba pelet vyžaduje energii a cena výroby se nevyhnutelně odráží v tržní ceně produktu. Wood Energy Scotland (2006) navrhuje, aby 2-10% celkového energetického obsahu pelet bylo použito na jejich produkci v závislosti na obsahu vlhkosti hrubých pilin. Wolf et al. (2006) upřednostňuje výrobu pelet na místě v existujících závodech na
Stránka 45
zpracování dřeva, včetně pil a papíren. Za prvé je materiál dostupný přímo na místě a tím odpadají náklady na přepravu a za druhé odpadové teplo ze závodu může být použito při klíčových sušících krocích, což šetří energii v porovnání s osamoceným závodem na výrobu pelet. Příklad tohoto přilehlého závodu již byl popsán v elektrárně Balcas.
Rakousko je opět označováno jako hlavní technologický představitel v oblasti malých peletových bojlerů a domácích tepláren (Fiedler, 2004). V Rakousku je jich používáno mnoho tisíc a představují tak celkový plán strategie ke splnění 40% požadavku topení z biomasy do roku 2010 (Forestry Commision, 2007). Automatické peletové bojlery mohou mít efektivitu až 85% (Healion, 2002), ačkoliv KWB tvrdí, že to může být až 91% pro jejich jednotky, i pokud jsou jen částečně naloženy.
Pro maximální efektivitu by peletové spalovače měly používat nezávisle kontrolované přívody vzduchu ve dvou oddělených spalovacích zónách (Fiedler, 2004). V první zóně je dosaženo usušení a pyrolýzy paliva s částečným (nedokonalým) spalováním plynů a pevných uhlíků za substechiometrických podmínek, ve druhé zóně je dosaženo dokonalého spalování vznětlivých plynů s přebytečným vzduchem. Efektivní míšení ve druhé spalovací zóně je důležité a vyžaduje pečlivý design komorové geometrie a vzduchových trysek (Fiedler, 2004).
Na emise nejmenší domácí peletové bojlery mají nastavitelné spalovací větráky a kontrolované lambda sensory k optimalizování poměru zbytkového vzduchu. Tato technologie je nyní v Rakousku a Německu standardem, ale ne ve Švédsku (Fiedler, 2004), které je největším trhem pelet na světě. Sofistikované jednotky také mají spirálové turbulátory, podobné jaké jsou ve větších bojlerech na štěpky.
Ve velkých elektrárnách mohou být dřevěné pelety použity v projektech společného spalování biomasy a je odhadováno, že se v Anglii použije asi 10-30 kt měsíčně (AEA Energy and Environment, 2006). Existují však komplikace v oblasti cen, protože pelety jsou stále značně dražší než dřevěné štěpky a v současné době je výrobní kapacita v Anglii stále ještě limitována, takže je zapotřebí pelety dovážet (AEA Energy and Environment, 2006).
Regionální příklad středně velkého zařízení této technologie představuje Jesus College v Cambridge. KWB kotel, identický k 100 kW modelu použitému v Naylandu a také dodán Econergy Ltd., byl nainstalován v roce 2005 ( ECCL, 2006). Jako palivo slouží dřevěné pelety spíše než štěpky, což demonstruje flexibilní multipalivové schopnosti technologie KWB.
Stránka 46
Gasifikace (zplyňování) Přímé spalování není jedinou metodou získávání energie ze dřeva, slámy nebo Miscanthusu. Sofistikované technologie termochemické konverze byly v nedávných letech komercializovány a zplyňování je pravděpodobně jednou z nejdůležitějších ACT.
V podstatě jde o to, že zahříváním biomasového materiálu s omezeným množstvím kyslíku (nebo jeho úplnou absencí) je možné vyrobit hořlavý generátorový plyn různého složení, který poté může být čistě spalován (na rozdíl od problémů spojených s přímým spalováním biomasy) v plynových turbínách. Stejně jako spalovací pece, i zplyňovače mohou být rozděleny do jednotlivých hlavních kategorií:
Zplyňovače s nehybnou vrstvou
Se vzestupným proudem – palivo je přiváděno zeshora a driftuje nahoru proudícími tryskami horkého vzduchu a/nebo páry. Toto je běžné a upotřebitelné sestavení. Vynáší značné množství oleje a dehtu v generátorovém plynu, ale čistý popel s malým množstvím nebo vůbec žádným uhlím (koksem).
Se sestupným proudem – palivo je také přiváděno zeshora, ale vzduch a/nebo pára proudí směrem dolů, což má za následek souproudý systém. Generátorový plyn obsahuje méně dehtu a snadněji se čistí ve filtru, ale toto sestavení je citlivější na obsah vlhkosti paliva (OPET,2002b).
Fluidní zplyňovače
Oběhové – jsou velmi podobné CFB pecím, ve kterých jsou podkladový materiál a částečky uhlí odděleny od stoupajícího proudu plynu a recirkulovány. Fluidní zplyňovače jsou ze své podstaty směřující vzhůru.
Neoběhové – to je obdobné jako u BFB pecí. Objem podkladu je kontrolován a nezaplňuje celý zplyňovač, takže oddělení a recirkulace není nutná. V menších elektrárnách je to cenově efektivnější než CFB (OPET,2002b).
Unášecí tokové zplyňovače
Tyto používají definitivně práškové palivo, zplynovávají za vysokých teplot v souproudém toku kyslíku. Tato technologie je však daleko vhodnější pro uhlí než pro biomasu kvůli obtížnému zpráškování biomasových paliv.
Jak pro slámu, tak pro dřevo platí, že pokročilé zplyňovací technologie mohou potenciálně zvýšit efektivitu použití paliva v porovnání s přímým spalováním. Zároveň nabízejí větší flexibilitu využití jejich energetického potenciálu.
Pro Miscanthus výzkum pokračuje, ačkoliv je považován za daleko hůře zplyňovatelný než dřevo (Morris and Waldheim, 2000). V Anglii byly nedávno učiněny odhady pro 23 MW biomasovou IGCC elektrárnu v Devonu za použití duálního párového CFB zplyňovače. Elektrárna by spotřebovala 55% Miscanthusu, který roste v dosahu 25 mil od
Stránka 47
elektrárny, ve své potenciální palivové směsi (Upham and Shackley, 2006). Ačkoliv lokální opozice k ´WINBEG´ elektrárně je silná, odhady demonstrují předpovídaný potenciál pro komerční použití Miscanthusu ve zplyňování.
Existující schémata
Švédská IGCC ukázková elektrárna Jedna z prvních úspěšných zplyňovávacích ukázkových elektráren byla postavena ve Värnamo ve Švédsku v polovině 90. let. Ačkoliv byla původně navržena pro dřevěné odštěpky, elektrárna je flexibilní a byly úspěšně vykonány pokusy se spalováním čisté slámy.
Ke zplyňování dochází za zvýšené teploty a tlaku při 950 – 1000°C a 18 barů v systému CFB. Stlačený vzduch je vstřikován na dno zplyňovače a je používán k pálení pevného koksu, který byl recirkulován cyklonovým odlučovačem. Vzduch je vypouštěn z kompresoru poháněným hlavní plynovou turbínou elektrárny.
Produkovaný plyn má malou tepelnou hodnotu a je složen ze směsice CO2, oxidu uhelnatého (CO), vodíku (H2), metanu (CH4 ) a kolem 50% dusíku (N2). Dva poslední nejsou hořlavé a nepřispívají tak k tepelné hodnotě, která se pohybuje v rozmezí 5,0 – 6,3 MJ/m3.
Z plynové turbíny dále elektrárna pracuje v podobném cyklu jako CCGT sestava. Turbína pohání kompresor a generátor, který vyrábí 4,2 MW elektřiny. Výfukové plyny jdou do HRSG a vycházející pára spolu s plynovým chladičem pohánějí parní turbínu a druhý generátor a vyrábějí tak dalších 1,8 MW elektřiny. Elektrárna má tedy celkový elektrický výkon 6 MW a dalších 9 MJ/s tepla.
Stránka 48
Dánská technologie Není překvapením, že Dánsko také působí na vedoucím postu technologie zplyňování. Sláma byla vždy považována za obtížnou ke zplyňování (Skøtt, 2005) v porovnání s jinými pevnými palivy, ale pokusy se posunuly z laboratoří do daleko rozsáhlejších pokusných elektráren. Poslední z nich, která zahájila operace v roce 1999, také používá CFB, ale pracuje za nižších teplot než elektrárna ve Värnamo.
Obrázek: Schéma zplyňovací komory
V první komoře je prášková sláma zahřáta na teploty kolem 650°C za nepřítomnosti vzduchu a je dosaženo 80% přeměny na plyn. Zbývajících 20% původní látky obsahující koksové částečky s popílky je unášeno spolu s plynem a na dopravní mechanismus působí cirkulující písek. Druhá komora pracuje za vyšší teploty 730°C a částečky koksu procházejí cyklonovým odlučovačem a dále na dno této komory. Zde jsou zplyňovány a zbude po nich pouze malé množství pevného popílku, který je shromažďován na dně druhého cyklonového odlučovače (Skøtt, 2005). Sestavení je zobrazeno na obrázku.
Výchozí plyn má větší obsah dehtu, a proto je nevhodný pro použití v motorech a plynových turbínách, ale výborně se hodí pro velké kotle včetně těch, které by trpěly
Stránka 49
korozí a ucpáváním při přímém spalování slámy. Testovací elektrárna dimenzovaná na 500 kW byla úspěšná i s „nejhorší slámou na světě“ (Skøtt, 2005) s obsahem popela 12%.
Po těchto pokusech je nyní plánováno masivní vylepšení zplyňovače tak, aby mohl být plynem dostatečně zásoben 100 MW kotel elektrárny.
Další pokrok je vidět i v Haslevské CHP elektrárně. V roce 1992 byla podpořena výstavba kompletní pyrolytické zplyňovací elektrárny na slámu a testovací činnost byla zahájena v roce 1996 (Centre for Biomass Energy, 1998).
Byla přidána pyrolýzní jednotka pracující při teplotě 550°C a generovaný plyn byl spalován v novém přehřívači, který byl použit ke zvýšení teploty páry jdoucí do hlavní turbíny o dalších 50°C. Zbývající pevný koks ze zplyňovače byl shromažďován v cyklonovém odlučovači a přiváděn zpět do hlavního kotle na slámu ke spálení. Kouřové plyny z přehřívače procházely dvojitým pláštěm pyrolýzní jednotky a také byly používány k předehřátí spalovacího vzduchu, než byly přiváděny do odděleného potrubí. Integrace nové pyrolýzní elektrárny je zobrazena na obrázku.
Pyrolýzní jednotka spotřebovala 0,7 z celkových 6,0 tun za hodinu slámy používané v Haslevu, což představovalo příkon energetického toku 2,7 MW. Z tohoto bylo kolem 1 MW generováno spalováním plynu v přehřívači a zbytek byl shromážděn ve formě pevného koksu.
Obrázek: Schéma začlenění jednotky na pyrolýzu
Stránka 50
Zajímavé je, že tento pevný koks bohatý na uhlík může být použit v systému čištění kouřového plynu, kde snižuje množství aktivovaného uhlíku.
Rakouská technologie Biomasová elektrárna CHP Güssing ve východním Rakousku úspěšně demonstrovala koncept dřevného zplyňovávacího cyklu. Následně po malých testovacích jednotkách na Vienna University of Technology (Vídeňská technologická univerzita) byla postavena velká elektrárna, která byla spuštěna v roce 2001 s kombinovaným celkovým výkonem kolem 7,5 MW (Hofbauer et al., 2004).
Tato elektrárna používá dřevěné štěpky s obsahem vlhkosti 20-30% a průmyslový dřevěný odpad. Elektrárna spotřebuje přes 1,7 tun paliva za hodinu (Aichering et al., 2005). Dosáhla elektrické účinnosti 25%, ale celkové účinnosti 80%, pokud započítáme i 4,5 MJ/s tepla, které produkovala.
Obrázek: Schéma provozu v Gussingu
Pára je vpuštěna do zplyňovače, který pracuje při teplotě 900°C. Zplyňování se odehrává na pevném fluidním roštu (Simader, 2004) a zbývající pevný koks je spálen v přídavné peci s vlastnostmi oběhového fluidního roštu s cyklonovým odlučovačem. Výsledný generátorový plyn je složen z 34-35% vodíku (H2), 20-30% oxidu uhelnatého (CO) a 8-
12% metanu (CH4), zbytek je CO2, malé množství nechtěného dusíku (N2) a jiných nečistot. Největší NCV je 12-13 MJ/Nm3 (Hofbauer et al., 2004). Plyn je chlazen, filtrován a vymýván, což výrazně snižuje jeho obsah dehtu. Poté je přiváděn do motoru přeplňovaným turbodmychadlem, které pohání generátor. Teplo je jímáno z toku generátorového plynu, z toku pecního kouřového plynu i z výfuku motoru a je používáno k ohřevu okrskového vytápění (Aichering et al., 2005). Kondenzovaná voda z plynové promývačky je dále používána k výrobě páry pro zplyňovač.
Stránka 51
Během pokusné fáze elektrárny dosáhl čas nejdelšího testu hodnoty 2 500 hodin pro zplyňovač a 750 hodin pro celý systém včetně plynového motoru. Objevily se pouze malé problémy v systému obsluhy paliva, ale zplyňovač, plynový motor a kontrolní systémy byly bez problémů. Nastaly ale problémy s ucpáváním a korozí v plynovém chladiči. Ty byly vyřešeny změnami v návrhu a použitých materiálech a zvýšením ustálené provozní teploty přes 850°C. Promývačka také trpěla kvůli nedostatečnému množství amoniaku v plynu, řešení tohoto problému pokračují (Hofbauer et al. , 2004).
Elektrárna je průběžně vylepšována a v roce 2005 zplyňovač dosahoval 90% provozuschopnosti a plynový motor téměř 85% (Aichering et al., 2005). Další výzkum pokračuje pro nové použití generátorového plynu, včetně Fischer-Tropschovy syntézy kapalných paliv a i spárování zplyňovače s pevnými kyslíkovými palivovými články (SOFC).
Pod převažujícími podmínkami rakouského energetického trhu pracuje elektrárna v Güssingu stále ekonomicky (Hofbauer et al., 2004; Simander, 2004).
Zkušenosti z Velké Británie Velká Británie začala se středně velkými projekty zplyňování dřeva v pozdních 90. letech v Yorkshire. Projekt ARBRE s předpokládaným elektrickým výkonem 8 MW byl navržen k použití nejnovější technologie tak, aby dosáhl větší efektivity než běžné přímo spalující elektrárny. Záměrem bylo, aby elektrárna byla částečně na odpadové dřevo, ale hlavně na SRC (což jako palivo používá také dřevo). Byla založena nová společnost, aby spravovala dodavatelské smlouvy SRC s místními farmáři, kteří by mohli pěstovat plodiny specielně pro ARBRE elektrárnu (Morris and Walldheim, 2001).
Palivo bylo zplyňováváno ve foukací, nepřetlakované CFB jednotce za teploty 850°C. Výsledný plyn byl veden katalytickým drtičem (mačkačem) dehtu (další CFB jednotka používající jako roštový materiál dolomit), aby byly odstraněny uhlovodíkové molekuly s dlouhými řetězci. Poté byl plyn zchlazen a teplo bylo použito k výrobě páry v HRSG. V etapách byl plyn vyčištěn, procházel textilním filtrem a pod mokrým vypíráním. Tento postup posloužil k odstranění dusíkových částí, stejně tak jako acidických i alkalických součástí, které značně škodí turbíně a přispívají k nežádoucím emisím.
Elektrárna používala plynovou turbínu Alstom Typhoon, což je ten samý typ používaný ve Värnamo, takže její běh na generátorový plyn již byl odzkoušen (Morris and Waldheim, 2001). Většina plynu zde byla spálena, ale část byla odvedena ještě před turbínou a spálena přímo v kotli na odpadní teplo (HRSG). Spaliny z turbíny byly použity k zahřívání a sušení dřevních zásob a k podpoře činnosti HRSG. Provozní schéma procesu ARBRE elektrárny je ukázáno na obrázku.
V průběhu jara 2001 běžel nepřetlakový zplyňovací systém a HRSG následovalo o něco později v témže roce. Narazilo se ale na technické obtíže a v roce 2002 odstoupili hlavní investoři, frustrovaní velkými prodlevami (Bruton and Richards, 2003). Projekt zkolaboval a nikdy nedosáhl komerčního chodu a zanechal tak svou komplexní technologii jako neodzkoušenou.
Stránka 52
Avšak společnosti zapleteny do projektu ARBRE již měly plány pro větší elektrárny ve Velké Británii, založené na stejné technologii. Bylo vypočítáno, že větší zplyňovač s kapacitou 30 MW by mohl dosáhnout 40-50% účinnosti cyklu (Morris and Waldheim, 2001), což je blízko hodnotám, které dosahují velké CCGT elektrárny na přírodní zemní plyn.
Kapalná a bioplynová konverze Všechny dosud zkoumané technologie jsou založeny na spalování, buď přímém nebo nepřímém. Jelikož je gasifikace zahrnuta v těchto procesech (IGCC) a spojena s proudovým spalováním výsledného plynu, nemůže být považována za nezávislou konverzní technologii.
Obrázek: Schéma procesu v projektu ARBRE
Ovšem existují procesy, které mohou přeměnit dřevo, slámu a ostatní biomasu na plynné nebo kapalné produkty, které jsou poté používány jinde. Takže ačkoliv samotná biopaliva nejsou rámcem tohoto projektu, kapalná konverze patří do oblasti zvyšujícího se zájmu, a proto nemůže být opomenuta. Následující podkapitola obsahuje stručný přehled těchto technologií.
Anaerobní vyhnívání (AD) Biologický rozklad biomasy může být použit k získávání energie ve formě hořlavého bioplynu. Může to být realizováno ve velkých nádržích za lehce zvýšených teplot za nepřítomnosti kyslíku. Ačkoliv je AD hlavně používáno na mokré odpady z farem, jako třeba zvířecí hnojný kal, ve směsici může být obsažena i sláma (Zeng et al., 2007). Ve skutečnosti bude často s kalem stejně sbírána v závislosti na jejím použití jako podestýlky. Ačkoliv přebytečná sláma může způsobovat ucpávání v digestoru, malé částečky slámy mohou částečně zvýšit výnos plynu (Monnet, 2003). Stránka 53
Anaerobní vyhnívání je v Anglii daleko méně převládající než v ostatních evropských zemích. Např. Německo má nejméně 1900 AD bioplynových elektráren, v porovnání s 60 v UK (AD Nett, 2005). Biomass Energy Task Force (2005) udává pro Německo celkem 3 000 elektráren, což ukazuje na nárůst těchto elektráren ve farmovém měřítku.
Výnos a složení bioplynu z anaerobního vyhnívání je závislý na složení odpadu a také technologii procesu a době vyhnívání. Renewables East (2005) poskytují hodnoty výnosu 3 na 70 – 140 m bioplynu na tunu zemědělného odpadu, s obsahem metanu (CH4) mezi
55-65%. Většina zbytku je CO2. Biomass Task Force (2005) konkuruje také s hodnotami 60% metanu a 40% oxidu uhličitého.
Tento podíl metanu vede ke GCV kolem 21 MJ/m3, což je podobné k hodnotě bioplynu nebo kvasného (kalového) plynu a asi poloviny přírodního (zemního) plynu (DTI, 2007b).
Malá CHP jednotka připojená k AD elektrárně, používající bioplyn k poskytování tepla a elektřiny, může mít celkovou efektivitu 85% (AFBI, 2007). Značná část vyrobené energie je ale spotřebována na běh digestoru, takže čistý energetický výdej je snížen. Termofilní vyhnívání pracuje za teploty 50-65°C, a tato teplota musí být udržována během konverze. AFBI (2007) odhaduje, že pro samotný proces typické malé farmové AD je zapotřebí kolem 10% elektrického výkonu a 50% tepelného výkonu.
Rychlá pyrolýza Gasifikace a pyrolýza jsou někdy zaměňovány. Pyrolýza se vztahuje k chemickému rozkladu organické látky za vlivu tepla. Ačkoliv vysokoteplotní gasifikace by tomuto odpovídala, zde se zaměříme na přeměnu pevné biomasy na organické kapaliny.
Rychlá pyrolýza se týká rychlého spalování celulózové biomasy, původně vyrábějící páry a koks. Ale za důsledné kontroly teploty a udržování velmi krátkých dob prodlení k zabránění dalších reakcí může být proces uzpůsoben k maximálním výnosům kapalných součástí, které se kondenzují během chlazení (Bridgewater et al., 1999). Teploty reaktoru jsou obecně mezi 400-500°C, což je značně nižší než u gasifikačních procesů popsaných dříve. Stejně jako dosažení rapidního zahřívání je dalším klíčovým požadavkem rapidní chlazení k zachycení žádoucích složek před tím, než se samy rozloží (Bridgewater et al., 1999).
Po mnoho let výzkumu bylo objeveno několik technologií reaktoru. To zahrnuje BFB, CFB a transportní rošty a cyklonické a ablativní reaktory (Czernik and Bridgewater, 2004). Dominantními se nakonec staly fluidní rošty. Roštový materiál, obvykle písek, má vysokou přenosovou rychlost tepla k částečkám biomasy a je tak primárním mechanismem pro rychlé ohřívání (Bridgewater et al., 1999). Fluidní rošty také napomáhají dobrému mísení a podporují jednoduchý design reaktoru.
Je možné dosáhnout 80% přeměny na bioolej s ohledem na suchou biomasu. Bioolej je tmavě hnědá viskózní kapalina s kouřovým zápachem a acidickým korozivním charakterem. Může obsahovat až 25% vody. Tento bio-olej je mísitelný s vodou, protože obsahuje polární organické molekuly mající kyslík (Bridgewater et al., 1999) na rozdíl od
Stránka 54
hydrofóbní podstaty dlouhořetězových naftových uhlovodíků. Čím sušší byla původní biomasa, tím nižší podíl vody bude v produktu. Dřevo obvykle potřebuje být předsušeno, zatímco sláma je již dostatečně suchá. Typické je, že kolem poloviny kapalné vody je produktem samotné pyrolýzy.
Mnoho technologií zahrnutých v konverzi biomasy na kapaliny zatím není zaběhnuto a na cestě ke komercializaci zůstává mnoho nevyřešených problémů (Bridgewater et al. 1999). Žádné však nejsou neřešitelné a pokračující výzkum vede k optimalizaci procesu.
Ačkoliv může být bioolej spalován v některých dieselových motorech, není vhodný jako vysoce kvalitní biopalivo pro použití v dopravě a má malou chemickou odolnost oproti energetickým palivům odvozeným z plodin, jako je třeba řepka. Vylepšení na transportní palivo je technicky možné, ale ne ekonomicky výhodné (Czernik and Bridgewater, 2004). Má však příslib v nehybných způsobech použití, včetně výroby elektrické energie, kdy může být spalován v kotlích místo topného oleje nebo může pohánět turbínu jako část kombinovaného cyklu elektrárny.
V současné době se však ekonomické úvahy zaměřují na potenciální použití biooleje jako suroviny pro chemikálie a hnojiva (Bridgewater et al., 1999).
Vedlejší produkty pyrolýzy, jmenovitě hořlavé plyny a pevný koks, mohou být použity pro tepelné účely ve spalovacím procesu. Prakticky je velmi důležité rychlé vyjmutí horkého koksu, protože katalyzuje rozpad žádoucích produktových par.
V Německu byla objevena příležitost pro použití pyrolýzy v kontaminovaném odpadním dřevě, které nemůže být zaváženo nebo použito jako palivo přímo. Zkušební elektrárny demonstrovaly, že nebezpečné látky, jako težké kovy, mohou být skoro úplně zachyceny v koksu a bioolej tak zůstává čistý, a tedy prodejný (Bridgewater et al., 1999).
Fermentace Původně mohou být celulózové rostlinné látky, dřevo, sláma a Miscanthus přeměněny na etanol fermentací. Výsledný produkt je někdy nazýván celulózový etanol, aby byl odlišen od etanolu odvozeného z kukuřice, škrobu nebo cukerných plodin. Technicky celulózová biomasa nepředstavuje ideální surovinu, protože je zapotřebí doplňujících procesů k rozdělení celulózy a hemicelulózy na fermentovatelné cukry. To nepříznivě ovlivňuje cenu a limituje tak možnou ekonomickou atraktivitu. Turley et al. (2002) poskytují některé odhady, že celulózový etanol je zhruba dvakrát tak dražší na produkci za litr, ačkoliv technologické výhody skoro jistě poženou ceny dolů.
Stránka 55
Obrázek: Schéma výroby bioethanolu
Celulóza je molekula s dlouhým řetězcem. V podstatě jde o polymer beta-glukózy. Její vysoká stabilita a odolnost k chemickým útokům ji dělají obtížně rozštěpitelnou. Hemicelulóza je jednodušší (Demirbas, 2007), ale hydrolýza obou těchto součástí je klíčová. Vzhledem k předběžným zpracováním toho může být dosaženo acidickými nebo enzymatickými způsoby. To vynechává lignin, který může být spalován pro poskytnutí energie pro proces (Turley et al., 2002), nebo použit jako krmivo. Po hydrolýze, která vynáší cukry, zahrnují další kroky procesu fermentaci, destilaci a dehydraci. Základní schéma pro slámu je zobrazeno na obrázku.
Sun and Cheng (2005) popisují proces předúpravy zředěné kyseliny. Tento proces poskytuje příznivé výsledky a je velmi cenově efektivní, když je prováděn před fermentací. Zahrnuje vystavení rozemleté slámy slabému roztoku kyseliny sírové a ponechání po určitý čas v autoklávu za teploty 121°C. Proces úspěšně rozpouští hemicelulózu a napomáhá tak enzymatické hydrolýze a fermentačním procesům.
Konečný produkt etanol je chemicky identický, nehledě na to, jaký zdrojový materiál nebo proces je použit. Jedná se o dokonale spalovatelné palivo s NCV kolem 21 MJ/litr s vysokým oktanovým číslem. Tento etanol může být mísen s petrolejovým benzínem v jakémkoliv poměru a spalován v motorech s vnitřním spalováním. V současnosti však produkce etanolu z celulózové biomasy zůstává nekomercializovaná a výzkumy pokračují.
Výběr technologie Tato kapitola se snažila nastínit přehled technologií extrakce energie použitelných na dřevo, slámu a Miscanthus. Tento nástin je sice velmi obsažný, ale existují další technologie, částečně v oblasti plynových a kapalných konverzí a dodatečných
Stránka 56
zpracování, jako je např. produkce metanolu, butanolu a vodíku. V textu jsou obsaženy důležité cenově efektivní technologie, které budou realizovány v blízkém termínu.
Už teď je jasné, že některé technologie jsou vhodnější než ostatní a v tomto bodě je důležité vybrat ty nejpříznivější a nejslibnější možnosti a podrobit je detailní analýze.
Z pohledu využití biomasy v malém měřítku, jako třeba domácí vytápěcí systémy, je kvalita paliva důležitá jen částečně. Sofistikované stroje na manipulaci s palivem a technologie kontroly emisí jsou z tohoto pohledu nepraktické. To účinně staví použití dřeva před slámu, protože je čistě spalováno s nízkým obsahem popílků. Dále může být snadno proměněno do forem pelet, které jsou bezpečné, snadno manipulovatelné a mají vysokou hustotu energie.
Když se ale přesuneme k rozsáhlým na síť napojeným systémům nebo CHP elektrárnám, má sláma značně slibný potenciál. V ostatních regionech Anglie se dřevo stává biomasovým palivem pro výrobu elektřiny, ale ve východní Anglii je nejrozsáhlejším zdrojem biomasového paliva sláma. Musíme brát v potaz běžné spalování nejen na pevných a fluidních roštech, ale také gasifikaci. Ačkoliv se gasifikace asi stane dominantní technologií budoucnosti, důkazy z Evropy ukazují, že výstavba vysoce efektivních elektráren (jako např. Avedøre 2) je také velmi slibná.
Stránka 57
5. Použitá literatura ADAS (Agricultural Development and Advisory Service) (1993). Poultry manure (litter & excreta) in England and Wales in relation to the regional electricity companies. ETSU report E/GS/00124/REP 2. In: Energy from biomass, volume 5: straw, poultry litter and energy crops as energy sources. DTI, London (1999). AD Nett (European Anaerobic Digestion Network) (2005). EU statistics – farm biogas plants in EU. (WWW document). Available at: http://www.adnett.org/haupt_numberofad_plants.html (accessed 4 May 2007). AEA Energy & Environment (2006). The sustainability of biomass in co-firing (final report). Available at: http://www.britishenergy. co.uk/opendocument.php?did=619 (accessed 24 May 2007). AFBI (Agri-Food and Biosciences Institute) (2007). Potential performance of on-farm anaerobic digestion in Northern Ireland. (WWW document). http://www.afbini.gov.uk/index/services/specialist-advice/renewable-energy/reanaerobic- digestion-intro/re-anaerobic-digestion-potential-performance.htm (accessed 6 May 2007). Aichernig, C., Hofbauer, H. and Koch, R. (2005). 5 years of operating experience with a 2 MW CHP plant based on wood gasification in Güssing, Austria. Presented to: The highly efficient use of biomass in CHP plants – experience, potential and recommendations, Hannover Fair Convention Center, Germany, 25 April 2006. Available at: http://www.zukunftsenergien.de/hp2/euproject/ downloads/aichernig-paper.pdf (accessed 13 June 2007). Alliant Energy (2007). Switchgrass: generating renewable energy with a cleaner, homegrown fuel. Available at: http://www.nelson.wisc.edu/outreach/biofuels/presentations/110368swithgrassf acts2.pdf (accessed 6 June 2007). Anderson, A. (2007). Electricity generation costs and investment decisions: a review. Available at: http://www.ukerc.ac.uk/component/option,com_docman/task,doc_download/gi d,1129/ (accessed 7 July 2007). UK Energy Research Centre, London. Bartlett, R. A. J. (2003). An assessment of renewable energy utilisation and government policy in the UK. (MSc thesis). School of Engineering, Cranfield University, UK. Bical Energy (2005). Miscanthus environmental profile. Available at: http://www.bical.net/uploads/files/23.pdf (accessed 10 May 2007). Biomass Energy Centre (2006a). Straw quantities of straw – grown in the UK. (WWW document). Available at: http://www.biomassenergycentre.org.uk/portal/page?_pageid=75,17972&_dad =portal&_schema=PORTAL (accessed 8 May 2007). Biomass Energy Centre (2006b). Effect of moisture content in biomass material. (WWW document). Available at: http://www.biomassenergycentre.org.uk/portal/page?_pageid=75,17656&_dad =portal&_schema=PORTAL (accessed 30 April 2007). Biomass Energy Centre (2006c). Poultry litter. (WWW document). Available at: http://www.biomassenergycentre.org.uk/portal/page?_pageid=75,17976&_dad =portal&_schema=PORTAL (accessed 15 May 2007). Biomass Energy Centre (2006d). Animal slurry and farmyard manure – suitability as a biomass fuel. (WWW document). Available at: http://www.biomassenergycentre.org.uk/portal/page?_pageid=75,17978&_dad =portal&_schema=PORTAL (accessed 15 May 2007). Biomass Energy Centre (2006e). Wood pellets and briquettes. (WWW document). Available at: http://www.biomassenergycentre.org.uk/portal/page?_pageid=75,18519&_dad =portal&_schema=PORTAL (accessed 20 June 2007). Biomass Task Force (2005). Biomass task force report to government. Available at: http://www.defra.gov.uk/farm/crops/industrial/energy/biomass-taskforce/pdf/btffinalreport. pdf (accessed 18 January 2007). DEFRA, London. Bockey, D. (2006). Potentials for raw materials for the production of biodiesel. Available at: http://www.ufop.de/downloads/ufop_brochure_06.pdf (accessed 7
Stránka 58
May 2006). UFOP (Union zur Förderung von Oel- und Proteinpflanzen), Berlin. Booth, E., Booth, J., Cook, P., Ferguson, B. and Walker, K. (2005). Economic evaluation of biodiesel production from oilseed rape grown in north and east Scotland. Available at: http://www.hie.co.uk/HIE-economic-reports-2005/sacbiodiesel- full-report-2005.pdf (accessed 7 May 2007). Scottish Agricultural College, Edinburgh. Bradley, C. A., Kearns, R. D., Wood, P. P. and Black, W. E. (2002). Method of cultivating white-rot fungi on a sugar beet pulp substrate. U.S. patent 6485952. (Application number 649454). Bridgwater, A. V., Meier, D. and Radlein, C. (1999). An overview of fast pyrolysis of biomass. Organic geochemistry, 30, p. 1479-1493. British Poultry Council (2006). Sector groups – turkey sector. (WWW document). Available at: http://www.poultry.uk.com/who_turkey01.htm (accessed 2 May 2007). British Poultry Council (2007). Avian influenza – update 07/02/07. (WWW document). Available at: http://www.poultry.uk.com/caring_news13.htm (accessed 2 May 2007). British Sugar (2006a). Sugar factory data. (WWW documents). Available at: http://www.britishsugar.co.uk/RVEca7b3098949b473a8abc070faa25a638,,.aspx (Bury St Edmunds); http://www.britishsugar.co.uk/RVEc310efd52bba44c985181f37e0f82796,,.aspx (Cantley); http://www.britishsugar.co.uk/RVE0ecabedd4f8646afbb62e00fc6dfe23d,,.aspx (Wissington). (all accessed 24 June 2007). British Sugar (2006b). UK operations - the sugar beet crop. (WWW document). http://www.britishsugar.co.uk/RVE6b1ccead25cb47c5809842c14dada1c4,,.aspx (accessed 8 May 2007). Broadmeadow, M. (2002). Climate change: impacts on UK forests. Available at: http://forestry.gov.uk/pdf/cchg_UKCIP_poster.pdf/$FILE/cchg_UKCIP_poster.pdf (accessed 30 April 2007). Forest Research, Farnham. Bruton, C. and Richards, K. (2003). Delivering on the energy coppice promise – a UK experience. Available at: http://www.tvenergy.org/pdfs/delivering-on-the-energycoppice- promise.pdf (accessed 2 May 2007). Thames Valley Energy Agency, Newbury. BWEA (2007a). UK wind energy database. (WWW document). Available at: http://www.bwea.com/ukwed/index.asp (accessed 13 April 2007). BWEA (2007b). Reference – the economics of wind energy. (WWW document). Available at: http://www.bwea.com/ref/econ.html (accessed 15 July 2007). CADDET (Centre for the Analysis and Dissemination of Demonstrated Energy Technologies) (2000). Poultry litter power station in the United Kingdom. (Technical brochure 17). Available at: http://www.caddet.org/brochures/display.php?id=486 (accessed 25 May 2007). CADDET, Harwell. CADDET (1998a). The world's first straw-fired CHP plant offers environmental benefits. (Technical brochure 96). Available at: http://www.caddet.org/brochures/display.php?id=410 (accessed 22 May 2007). CADDET, Harwell. CADDET (1998b). Straw-fired CHP plant in Rudkřbing – providing environmentallyfriendly energy. (Technical brochure 95). Available at: http://www.caddet.org/brochures/display.php?id=409 (accessed 22 May 2007). CADDET, Harwell. CADDET (1999). A biomass CHP plant in Vaxjo, Sweden. (Technical brochure 104). Available at: http://www.caddet.org/tracker/pdf_divert.php?id=399 (accessed 14 June 2007). CADDET, Harwell. Cambridge Econometrics (2006). UK energy and the environment. (Press release). Available at: http://www.camecon.com/press_releases/download/UKE3062.pdf (accessed 11 Feb 2007). CAN-Europe (Climate Action Network Europe) (2005). CAN-Europe position paper on EU ETS phase 2. Available at: http://www.climnet.org/EUenergy/ET/CANE% 20Draft%20position%20NAPs%20Phase%202%20final.pdf (accessed 6 May 2007).
Stránka 59
Caputo, A. C., Palumbo, M., Pelagagge, P. M., Scacchia, F. (2005). Economics of biomass energy utilization in combustion and gasification plants: effects of logistics variables. Biomass and bioenergy, 28, p. 35-51. Carbon Trust (2005). Biomass sector review for the Carbon Trust. Available at: http://www.carbontrust.co.uk/Publicsites/cScape.CT.PublicationsOrdering/Public ationAudit.aspx?id=CTC512 (accessed 31 July 2007). Carbon Trust, London. Centre for Biomass Technology (2002). Wood for energy production – technology, environment, economy. Available at: http://www.videncenter.dk/Groenne%20trae%20haefte/Groen_Engelsk/Kap_04.p df (accessed 14 May 2007). Energistyrelsen (Danish Energy Agency), Copenhagen. Centre for Biomass Technology (1998). Straw for energy production – technology, environment, economy. Available at: http://www.face.aau.dk/courses/See8/straw.pdf (accessed 13 June 2007). Energistyrelsen (Danish Energy Agency), Copenhagen. Chambers, B., Nicholson, N., Smith, K., Pain, B., Cumby, T. and Scotford, I. (2001). Making better use of livestock manures on arable land. Available at: http://www.defra .gov.uk/farm/environment/landmanage/ nutrient/manure/livemanure1.pdf (accessed 15 May 2007). ADAS (Agricultural Development and Advisory Service), Mansfield. CHPA (Combined Heat & Power Association) (2007). Fact sheet for choosing your CHP system. Available at: http://www.chpa.co.uk/about_chp/fact_sheets/Fact%20Sheet%20for%20Choosin g%20Your%20CHP%20System.pdf (accessed 8 August 2007). CHPA, London. Christiansen, H. F. and Fock, M. W. (2000). Danish follow-up programme for smallscale solid biomass CHP plants. Available at: http://www.dkteknik. com/services/Air/Combustion/Images/Pdf/Sevilla/Follow%20up%20Progra mme.pdf (accessed 24 May 2007). Energistyrelsen (Danish Energy Agency), Copenhagen. Collura, S., Azambre, B., Finqueneisel, G., Zimny, T. and Weber, J. V. (2006). Miscanthus x Giganteus straw and pellets as sustainable fuels. Environmental chemistry letters, 4, p. 75-78. Czernik, S. and Bridgwater, A. V. (2004). Overview of applications of biomass fast pyrolysis oil. Energy & fuels, 18(2), p. 590-598. DEFRA (2007a). UK biomass strategy. Available at: http://www.defra.gov.uk/environment/climatechange/uk/energy/renewablefuel/p df/ukbiomassstrategy-0507.pdf (accessed 25 May 2007). DEFRA, London. DEFRA (2007b). UK legislation Climate – Change Bill. (WWW document). Available at: http://www.defra.gov.uk/environment/climatechange/uk/legislation/index.htm (accessed 6 May 2007). DEFRA (2005). Agricultural survey data – regions and counties - 2005. Available at: http://www.defra.gov.uk/esg/work_htm/publications/cs/farmstats_web/2_SURVE Y_DATA_SEARCH/COMPLETE_DATASETS/PSM/RegCountUA_05.xls (accessed 13 April 2007). DEFRA (2006a). Agriculture and food – quick statistics. (WWW document). Available at: http://statistics.defra.gov.uk/esg/quick/agri.asp (accessed 8 May 2007). DEFRA (2006b). Written statement by David Miliband on the contingency arrangements for the delay to the start of the next Rural Development Programme for England 2007-2013. (WWW document). Available at: http://www.defra.gov.uk/corporate/ministers/statements/dm061212a.htm (accessed 17 May 2007). DEFRA (2004). Growing short rotation coppice (best practice guidelines). Available at: http://www.defra.gov.uk/erdp/pdfs/schemes/energy/short-rotation-coppice.pdf (accessed 9 May 2007). DEFRA (2001). Planting and growing Miscanthus (best practice guidelines). Available at: http://www.defra.gov.uk/erdp/pdfs/ecs/miscanthus-guide.pdf (accessed 10 May 2007). DEFRA (2007c). Hay & Straw, England & Wales regional average prices. Available at: http://statistics.defra.gov.uk/esg/publications/amr/haywk_region.xls (accessed 15 July 2007).
Stránka 60
DEFRA (2006c). Energy crops scheme – establishment grants. Available at: http://www.defra.gov.uk/corporate/regulat/forms/erdp/ecs/ecs-estabgrantexplain. pdf (accessed 18 July 2007). DEFRA (2007d). Bio-energy Capital Grants Scheme – round 3. (WWW document). Available at: http://www.defra.gov.uk/farm/crops/industrial/energy/capitalgrants. htm (accessed 15 August 2007). DEFRA and Carbon Trust (2006). ECA energy technology criteria list – technology: combined heat and power. Available at: http://www.eca.gov.uk/NR/rdonlyres/7E0EBBFC-807E-4738-86B8- 71AC5FFC3076/0/CHP.pdf (accessed 14 August 2007). DEFRA and ONS (2007). 2006 harvest – final estimates of oilseed rape production – United Kingdom. Available at: http://statistics.defra.gov.uk/esg/statnot/osrsur.pdf (accessed 7 May 2007). Deloitte (2003). Petroleum services group - electricity map. Available at: http://psg.deloitte.com/resources/PS_EUR_Map_Electricity.pdf (accessed 13 April 2007). Demirbas, A. (2007). Progress and recent trends in biofuels. Progress in energy and combustion science, 33, p. 1-18. DfT (Department for Transport) (2006). About the RTFO programme. (WWW document). Available at: http://www.dft.gov.uk/pgr/roads/environment/rtfo/aboutrtfo (accessed 23 May 2007). Diesendorf, M. and Christoff, P. (2006). Economics of nuclear power. (Fact sheet 01). Available at: http://energyscience.org.au/FS01%20Economics.pdf (accessed 10 July 2007). energyscience.org.au, Carlton, Australia. DOE (U.S. Department of Energy) (2004). Chariton valley biomass project (project update). Available at: http://www.iowaswitchgrass.com/__docs/pdf/Chariton%20Valley%20DOE%20Pr oject%20Review%20Dec%208%202004%20(Final%20Draft)- . pdf (accessed 6 June 2007). DTI (2007a). Meeting the energy challenge. (Energy White Paper 2007). Available at: http://www.dti.gov.uk/files/file39387.pdf (accessed 25 June 2007). DTI, London. DTI (2002). Managing the nuclear legacy. Available at: http://www.nda.gov.uk/documents/white_paper_- _managing_the_nuclear_legacy_a_strategy_for_action.pdf (accessed 11 Feb 2007). DTI (2003). Our energy future – creating a low carbon economy. (Energy White Paper 2003). Available at: http://www.dti.gov.uk/files/file10719.pdf (accessed 25 June 2007). DTI (2004). Regional electricity consumption statistics 2004: front page. Available at: http://www.dti.gov.uk/files/file38575.xls (accessed 18 Feb 2007). DTI (2007b). Quarterly energy prices: June 2007. Available at: http://www.dtistats.net/energystats/qepjun07.pdf (accessed 28 June 2007). DTI (2006). A trial of the suitability of switchgrass and reed canary grass as biofuel crops under UK conditions. (Project summary PS254). Available at: http://www.dti.gov.uk/files/file34815.pdf (accessed 18 May 2007). DTI (2007c). UK biomass strategy 2007: Working paper 1 economics – of biomass energy. Available at: http://www.dti.gov.uk/files/file39040.pdf (accessed 15 July 2007). DTI and DEFRA (2006). The government's response to the Biomass Task Force report. Available at: http://www.dti.gov.uk/files/file28197.pdf (accessed 5 June 2007). ECCL (Energy Crops Company Ltd) (2005). Case study – 2005 Jesus College Cambridge. Available at: http://www.econergy.ltd.uk/downloads/Case_Study_Jesus_College_Cambridge.p df (accessed 18 June 2007). Eco2 Ltd (2007). Biomass – Sleaford renewable energy plant. (WWW document). Available at: http://www.eco2.uk.com/index.php?option=com_content&task=view&id=152 &Itemid=35 (accessed 19 August 2007). EEA (European Environment Agency) (2006). How much bioenergy can Europe produce without harming the environment? Available at:
Stránka 61
http://reports.eea.europa.eu/eea_report_2006_7/en/eea_report_7_2006.pdf (accessed 8 May 2007). EEA, Copenhagen. EERA (2001). A sustainable development framework for the East of England. Available at: http://www.eera.gov.uk/Documents/About%20EERA/Policy/Sustainable%20Deve lopment/SDF.pdf (accessed 11 May 2007). Energistyrelsen (2000). The Danish follow-up programme for small-scale solid biomass CHP plants – status report 1999. Available at: http://www.cler.org/predac/IMG/pdf/doc-59.pdf (accessed 24 May 2007). Energistyrelsen (Danish Energy Agency), Copenhagen. Environment Agency (2007). Anglian region – land and soils. (WWW document). Available at: http://www.environmentagency. gov.uk/regions/anglian/830408/842762/842777/?version=1&lang=_e (accessed 27 April 2007). EPR Ltd (2007). Power plant data. (WWW documents). Available at: http://www.eprl.co.uk/assets/ely/overview.html (Ely); http://www.eprl.co.uk/assets/thetford/overview.html (Thetford); http://www.eprl.co.uk/assets/eye/overview.html (Eye). (all accessed 29 June 2007). EST (2007a). Housing & buildings – heating summary. (WWW document). Available at: http://www.energysavingtrust.org.uk/housingbuildings/calculators/hardtotreat/he ating/ (accessed 26 June 2007). EST (2007b). Housing & buildings – low carbon buildings programme. (WWW document). Available at: http://www.energysavingtrust.org.uk/housingbuildings/funding/lowcarbonbuildi ngs/ (accessed 16 August 2007). Fiedler, F. (2004). The state of the art of small-scale pellet-based heating systems and relevant regulations in Sweden, Austria and Germany. Renewable and sustainable energy reviews, 8, p. 201-221. FNR (Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.) (2006). Biofuels – plants, raw materials, products. Available at: http://www.fnrserver. de/pdf/literatur/pdf_230biokraftstoff_engl_2006.pdf (accessed 16 May 2007). Forest Research (2006). Woodfuel resource by English region. (WWW document). Available at: http://www.eforestry.gov.uk/woodfuel/pages/EngRegMap.jsp (accessed 29 April 2007). Forest Research, Farnham. Forestry Commission (2007). A woodfuel strategy for England. Available at: http://www.forestry.gov.uk/pdf/fce-woodfuel-strategy.pdf/$FILE/fce-woodfuelstrategy. pdf (accessed 30 April 2007). Forestry Commission (2002). Establishment and management of short rotation coppice. (Practice note 7). Forest Research, Farnham. FES (2005). Renewable heat and heat from combined heat and power plants – study and analysis. Available at: http://www.dti.gov.uk/files/file21141.pdf (accessed 11 April 2007). AEA Technology, Didcot, UK. GO-East (Government Office for the East of England) (2003). Renewable energy and the planning system. Available at: http://www.sustainabilityeast.org.uk/pdf/229TC69%20Stage%201%20summary. pdf (accessed 9 May 2007). Hameleers, A., Leach, K. A., Offer, N. W. and Roberts, D. J. (1999). The effects of incorporating sugar beet pulp with forage maize at ensiling on silage fermentation and effluent output using drum silos. Grass and forage science, 54, p. 322-335. Hams, T., Evans, N. and Taylor, D. (2000). Making renewable energy a reality – setting a challenging target for the eastern region. Available at: http://www.sustainabilityeast.org.uk/pdf/Renewables%20Report.pdf (accessed 13 April 2007). Healion, K. (2002). Wood as a renewable source of energy. Available at: http://www.woodenergy.ie/iopen24/pub/wood_as_energy.pdf (accessed 13 June 2007). COFORD, Dublin. Heaton, E. A., Clifton-Brown, J., Voigt, T. B., Jones, M. B. and Long, S. P. (2004).
Stránka 62
Miscanthus for renewable energy generation: European Union experience and projections for Illinois. Mitigation and adaptation strategies for global change, 9, p. 433-451. Henke, S., Bubník, Z., Hinková, A. and Pour, V. (2006). Model of a sugar factory with bioethanol production in program Sugars. Journal of food engineering, 77, p. 416-420. Heptonstall, P. (2007). A review of electricity unit cost estimates. Available at: http://www.ukerc.ac.uk/component/option,com_docman/task,doc_download/gi d,1123/ (accessed 9 July 2007). UK Energy Research Centre, London. Heren Energy (2007). European daily electricity markets. (EDEM sample report 11.044). Available at: http://www.heren.com/newdownloadfile.php?sampleId=1 (accessed 14 August 2007). Heren Energy, London. Hofbauer, H., Rauch, R., Bosch, K., Aichernig, C. and Koch, R. (2004). Biomass CHP-plant Gussing – a success story. (presentation). Available at: http://www.pyne2005.inter-base.net/docs/475.pdf (accessed 13 June 2007). Renewable Energy Network (reNet), Austria. Huhtinen, M. (2005). Wood energy – basic information pages. (WWW document). Available at: http://www.ncp.fi/koulutusohjelmat/metsa/5Eures/WoodEnergyEcology/WoodPr operties.htm (accessed 26 April 2007). North Karelia University of Applied Sciences, Finland. Hutnan, M., Drtil, M. and Mrafkova, L. (2000). Anaerobic biodegradation of sugar beet pulp. Biodegradation, 11, p. 203-211. IEA (2005). 30 key energy trends in the IEA & worldwide. Available at: http://www.iea.org/textbase/nppdf/free/2005/energy_trends.pdf (accessed 11 Feb 2007). IEA, Paris. IEA (2006a). Units and conversions. In: Energy balances of OECD countries, 2003- 2004, p. I.11. IEA, Paris. IEA (2004). Task 32 – biomass combustion and cofiring – end of task report. Available at: http://www.ieabcc.nl/publications/Task%2032%20end-of-task%20report.pdf (accessed 24 May 2007). IEA, Paris. IEA (2006b). World energy outlook 2006. IEA, Paris. 121 IEA (2007). IEA energy technology essentials – nuclear power. Available at: http://www.iea.org/Textbase/techno/essentials4.pdf (accessed 10 July 2007). IEA, Paris. IEA Bioenergy (2005). Bioenergy in Ireland – ExCo56 study tour. IEA bioenergy news, 17(2), p. 3. Available at: http://www.ieabioenergy.com/library/188_IEABioenergyNews172.PDF (accessed 19 June 2007). IENICA (Interactive European Network for Industrial Crops and their Applications) (2005). Oilseed rape and turnip rape (summary report). Available at: http://www.ienica.net/crops/oilseedrapeandturniprape.pdf (accessed 16 May 2007). IPA (2005). Implications of the EU Emissions Trading Scheme for the UK power generation sector (final report). Available at: http://www.ipaenergy.co.uk/downloads&publications/FINAL%20Report%201867 %2011-11-05.pdf (accessed 15 August 2007). IPA Energy Consulting, Edinburgh. Irons, R., Riley, G., Williamson, J. and Livingston, W. (2005). Low cost co-utilisation of biomass. Report number BU1726, URN 05/1310. DTI, London. Keystone Center (2007). Nuclear power joint fact-finding. Available at: http://www.keystone.org/spp/documents/FinalReport_NJFF6_12_2007(1).pdf (accessed 11 July 2007). Keystone Center, Keystone, Colorado. KWB (Kraft und Wärme aus Biomasse GmbH) (2006). KWB Multifire 15–100 kW – technology and planning. (Product brochure). KWB, St Margarethen, Austria. Laeger, S. (2005). The potential for energy production from energy crops in the East of England. (MSc thesis). School of Environmental Sciences, University of East Anglia, Norwich, UK. MAN B&W Diesel (2006). Green power – from diesel engines burning biological oils and recycled fat. Available at: http://www.ufop.de/downloads/MAN_GreenPower.pdf (accessed 16 May 2007).
Stránka 63
MAN Group, Augsburg, Germany. Manczyk, H. and Leach, M. D. (2002). Combined heat and power generation and district heating in Denmark: history, goals and technology. Available at: http://www.energy.rochester.edu/dk/manczyk/denmark.pdf (accessed 23 May 2007). McKay, H., Hudson, J. B. and Hudson, R. J. (2003). Woodfuel resource in Britain. Available at: http://www.scotland.gov.uk/Resource/Doc/1086/0011756.pdf (Main report) and http://www.dti.gov.uk/files/file15010.pdf (Appendices) (accessed 30 April 2007). Forestry Contracting Association, Scotland. Met Office (2006a). Average climate data by region for 1971-2000. (WWW document). Available at: http://www.metoffice.gov.uk/climate/uk/averages/19712000/index.html (accessed 25 July 2007). Met Office, Exeter. Met Office (2006b). Climate change and energy management: a scoping study on the impacts of climate change on the UK energy industry. Available at: http://www.yhub.org.uk/resources/Climate%20Change%20Micro%20Site/CCand Energy%20Management-MetOfficeMay2006.pdf (accessed 12 April 2007). Met Office, Exeter. Modern Power Systems (2006). Heat and power out of the woods. (WWW document). Available at: http://www.modernpowersystems.com/story.asp?storyCode=2037543 (accessed 18 June 2007). Monnet, F. (2003). An introduction to anaerobic digestion of organic wastes. Available at: http://www.bioenergywm.org/documents/Anaerobic%20Digestion.pdf (accessed 18 June 2007). Remade Scotland, Glasgow. Morris, M. and Waldheim, L. (2000). Efficient power generation from wood gasification. Presented to: Gasification for the future, Noordwijk, The Netherlands, 11-13 April 2000. Available at: http://www.tps.se/gasification/pdfs/Biomass_Noordwijk_version2_0004.pdf (accessed 28 June 2007). TPS (Termiska Processer AB), Sweden. Morris, M. and Waldheim, L. (2001). Update on Project ARBRE, UK – a wood-fuelled combined cycle demonstration plant. Available at: http://www.icheme.org/literature/conferences/gasi/Gasification%20Conf%20Pap ers/Session%202%20presentation-Morris%20et%20al.pdf (accessed 19 June 2007). TPS, Sweden. Müller, M., Wolf, K.-J., Smeda, A. and Hilpert, K. (2006). Release of K, Cl and S species during co-combustion of coal and straw. Energy & Fuels, 20, p. 1444- 1449. NATTA (Network for Alternative Technology and Technology Assessment) (2007a). UK emissions down? Renew, 167, p. 7. EERU (Energy and Environment Research Unit), Open University. NATTA (2007b). Wouldn't REFIT be better? Renew, 167, p. 9. EERU, Open University. NATTA (2007c). UK – 2GW of wind – and more soon offshore. Renew, 167, p. 3. EERU, Open University. NEF (National Energy Foundation) (2006). The log pile website competitively – priced heating. (WWW document). Available at: http://www.nef.org.uk/logpile/pellets/cost.htm (accessed 10 August 2007). NEF, Milton Keynes. NEF (2007). The log pile website – suppliers of wood pellets in the UK. (WWW document). Available at: http://www.nef.org.uk/logpile/fuelsuppliers/pelletsuppliers.asp (accessed 9 August 2007). NEF, Milton Keynes. Newbold, C. (1999). Historical changes in the nature conservation interest of the Fens of Cambridgeshire. In: Water management in the English landscape, edited by Cook, H. and Williamson, T., Edinburgh University Press, p. 210-226. Newman, R. (2003a). A trial burn of rape straw and whole crops harvested for energy use to assess efficiency implications. Available at: http://www.dti.gov.uk/files/file14920.pdf (accessed 17 May 2007). Report number B/U1/00768/00/00; URN 03/1569. DTI, London.
Stránka 64
Newman, R. (2003b). Miscanthus – practical aspects of biofuel development. Available at: http://www.dti.gov.uk/files/file14953.pdf (accessed 10 May 2007). ETSU report B/W2/00618/REP; URN 03/1568. DTI, London. NFU (National Farmers' Union) (2007). The yellow crop which is truly green. (WWW document). Available at: http://www.nfuonline.com/x15015.xml (accessed 4 May 2007). NNFCC (National Non-Food Crops Centre) (2006). Miscanthus (Miscanthus x giganteus) – crop fact sheet. Available at: http://www.nnfcc.co.uk/nnfcclibrary/publications/download.cfm?id=20 (accessed 10 May 2007). Nussbaumer, T. (2003). Combustion and co-combustion of biomass: fundamentals, technologies, and primary measures for emission reduction. Energy & fuels, 17, p. 1510-1521. Obernberger, I. (2005). Ash related problems in biomass combustion plants. (presentation). Available at: http://alexandria.tue.nl/extra2/redes/obernberger2005.pdf (accessed 7 June 2007). Eindhoven University of Technology, The Netherlands. ODPM (Office of the Deputy Prime Minister) (2003). Sustainable communities in the East of England – building for the future. Available at: http://www.communities.gov.uk/embedded_object.asp?id=1163453 (accessed 13 Feb 2007). ODPM, London. OFTEC (Oil Firing Technical Association) (2007). Oil makes good economic sense. (WWW document). Available at: http://www.oftec.co.uk/consumers/comparative_costs.htm (accessed 28 June 2007). ÖkoFEN (2007). Price list 2007. Available at: http://www.pellet-stoveheating. co.uk/pdfs/OkoFen%20-%20Price%20List%202007.pdf (accessed 3 August 2007). ONS (2004). Beginners' guide to UK geography. (WWW document). Available at: http://www.statistics.gov.uk/geography/gor.asp (accessed 7 March 2007). ONS, London. ONS (2006). Population trends, winter 2006. Available at: http://www.statistics.gov.uk/downloads/theme_population/PopTrends126.pdf (accessed 12 Feb 2007). ONS, London. OPET (Organisations for the Promotion of Energy Technologies) (2002a). The world's largest biofuel CHP plant Alholmens Kraft, – Pietarsaari. Available at: http://www.tekes.fi/opet/pdf/Alholma_2002.pdf (accessed 6 July 2007). OPET Finland, Helsinki. OPET (2002b). Review of Finnish biomass gasification technologies. OPET report 4. Available at: http://www.gastechnology.org/webroot/downloads/en/IEA/OPETReport4gasificat ion.pdf (accessed 6 July 2007). OPET Finland, Espoo. Overgaard, P., Sander, B., Junker, H., Friborg, K. and Larsen, O. H. (2004). Two years' operational experience and further development of full-scale co-firing of straw. Available at: http://www.dongenergy.com/NR/rdonlyres/773A5303-FE3E- 4D6F-9711-9E9586B78B90/0/43.pdf (accessed 25 April 2007). Elsam Engineering A/S, Fredericia, Denmark. Oxera (2005). What is the potential for commercially viable renewable generation technologies? Oxera Consulting, Oxford. Pedersen, L. S., Morgan, D. J., van de Kamp, W. L., Christensen, J., Jespersen, P. and Dam-Johansen, K. (1997). Effects on SOX and NOX emissions by co-firing straw and pulverized coal. Energy & fuels, 11, p. 439-446. Pitman, R. M. (2006). Wood ash use in forestry – a review of the environmental impacts. Forestry, 79(5), p. 563-588. POST (Parliamentary Office of Science and Technology) (2007). Electricity in the UK. (Postnote number 280). POST, Westminster. PowerGen (1997). Co-firing biomass with coal – power plant case study. ETSU report B/U1/00535/REP. In: Energy from biomass, volume 3: converting wood fuel to energy. DTI, London. Price, L., Bullard, M., Lyons, H., Anthony, S. and Nixon, P. (2004). Identifying the yield potential of Miscanthus x giganteus: an assessment of the spatial and
Stránka 65
temporal variability of M. x giganteus biomass productivity across England and Wales. Biomass and bioenergy, 26, p. 3-13. Renewables East (2005). East of England biomass foundation study. Available at: http://www.renewableseast.co.uk/Documents/Renewables%20East%20Biomass %20Foundation%20Report.pdf (accessed 21 March 2007). Renewables East (2007a). Options for financing biomass projects. (BioReGen guidance note no. 4). Available at: http://www.renewableseast.org.uk/Documents/RE%20Guidance%20Note%204.p df (accessed 13 August 2007). Renewables East (2007b). Power purchase agreements (PPAs) for biomass projects. (BioReGen guidance note no. 2). Available at: http://www.renewableseast.org.uk/Documents/RE%20Guidance%20Note%202.p df (accessed 13 August 2007). Richards, I. R. (2000). Energy balances in the growth of oilseed rape for biodiesel and of wheat for bioethanol. Available at: http://www.senternovem.nl/mmfiles/27781_tcm24-124189.pdf (accessed 7 May 2007). Levington Agriculture, Ipswich. RWE npower (2007). RWE npower outlines plans for over Ł1bn clean coal power station in Essex. (WWW document). Available at: http://www.rwe.com/generator.aspx/presse/language=en/id=76864?pmid=400 1549 (accessed 11 July 2007). Saynor, B., Bauen, A. and Leach, M. (2003). The potential for renewable energy sources in aviation. (PRESAV final report). Available at: http://www3.imperial.ac.uk/portal/pls/portallive/docs/1/7294712.PDF (accessed 16 May 2007). Centre for energy policy and technology, Imperial College, London. SCST (Select Committee on Science and Technology) (2004). Session 2003-04: fourth report. Available at: http://www.publications.parliament.uk/pa/ld200304/ldselect/ldsctech/126/12606 .htm (accessed 25 July 2007). House of Lords, Westminster. SDRT (Sustainable Development Round Table for the East of England) (2003). Living with climate change in the East of England – summary report. Available at: http://www.sustainabilityeast.org.uk/pdf/Living%20with%20Climate%20Change %20Summary.pdf (accessed 18 April 2007).
SEERAD (Scottish Executive Environment and Rural Affairs Department) (2006). Review of greenhouse gas lifecycle emissions, air pollution impacts and economics of biomass production and consumption in Scotland. Available at: http://www.scotland.gov.uk/Resource/Doc/149415/0039781.pdf (accessed 8 May 2007). Selman, P. and Powell, J. (2003). Woodland wealth appraisal for the East of England. Available at: http://www.forestry.gov.uk/pdf/woodlandwealthfinalreport03.pdf/$FILE/woodlan dwealthfinalreport03.pdf (accessed 25 Jan 2007). University of Gloucestershire, UK. SEVEn (2004). Biomass technologies & experiences with biomass utilisation (ForBiom project – phase II). Available at: http://www.svn.cz/html/forbiom/docs/Phase2_Summary_Report_Forbiom.pdf (accessed 4 July 2007). SEVEn – The Energy Efficiency Center, Prague. Silsoe College (1985). The acquisition and utilisation of straw as a fuel. ETSU report B 1115. In: Energy from biomass, volume 5: straw, poultry litter and energy crops as energy sources. DTI, London (1999). Simader, G. R. (2004). Case study: 2 MWel biomass gasification plant in Güssing (Austria). Available at: http://www.opetchp. net/download/wp3/g%C3%BCssingaustria.pdf (accessed 13 June 2007). EVA (Austrian Energy Agency), Vienna. Skřtt, T. (2005). From straw to gas. FiB Bioenergy research, 2(7), p. 1-3. Available at: http://www.biopress.dk/PDF/FiB%20nr.%2007-2005%20-%20UK.pdf (accessed 10 June 2007). BioPress, Risskov, Denmark. SRG (Scottish Resources Group) (2005). Fuel supply arrangements for Scottish BioPower (SBP) biomass plant at Tullis Russell, Glenrothes. Available at:
Stránka 66
http://www.scottishresourcesgroup.co.uk/Downloads/ERDC%20Biomass%20Inq uiry%20MSL%20note%20on%20Glenrothes.pdf (accessed 19 June 2007). Stĺhl, K., Waldheim, L., Morris, M., Johnsson, U. and Gĺrdmark, L. (2004). Biomass IGCC at Värnamo, Sweden – past and future. Presented to: GCEP Energy Workshop, Stanford University, California, 27 April 2004. Available at: http://gcep.stanford.edu/pdfs/energy_workshops_04_04/biomass_stahl.pdf (accessed 5 June 2007). Stott, E. (2003). Straw availability in the UK. Available at: http://www.nnfcc.co.uk/nnfcclibrary/cropreport/download.cfm?id=10 (accessed 18 April 2007). BioRegional Development Group, Wallington, Surrey. Suffolk CC (County Council) (2006). Heating the Dedham Vale with biomass – a case study of Nayland Primary School. Available at: http://www.econergy.ltd.uk/downloads/Nayland_School.pdf (accessed 18 June 2007). Suffolk CC, Ipswich. Sun, Y. and Cheng, J. J. (2005). Dilute acid pretreatment of rye straw and bermudagrass for ethanol production. Bioresource technology, 96, p. 1599-1606. SVEBIO (Svenska Bioenergiföreningen) (2004). Bioenergy Focus, No 2. (Fact sheet). Available at: http://svebio.agriprim.com/attachments/33/118.pdf (accessed 28 March 2007). TFA (Tenant Farmers Association) (2006). British Sugar leaves growers high and dry. (WWW document). Available at: http://www.tfa.org.uk/resources/000/011/393/06August16MR26.htm (accessed 9 May 2007). Thomas, S. (2005). The economics of nuclear power: analysis of recent studies. PSIRU (Public Services International Research Unit), University of Greenwich, London. Turley, D. B., Boatman, N. D., Ceddia, G., Barker, D. and Watola, G. (2002). Liquid biofuels – prospects and potential impacts on UK agriculture, the farmed environment, landscape and the rural economy. Available at: http://www.defra.gov.uk/farm/crops/industrial/research/reports/biofuels_prospec ts.pdf (accessed 8 May 2007). Central Science Laboratory, York. UN (United Nations) (2002). Agreement between the European Community and its member states under article 4 of the Kyoto Protocol. Presented to: UNFCC Conference of the Parties, New Delhi, 23 Oct – 1 Nov 2002. Available at: http://unfccc.int/resource/docs/cop8/02.pdf (accessed 29 April 2007). Upham, P. and Shackley, S. (2006). Stakeholder opinion of a proposed 21.5 MWe biomass gasifier in Winkleigh, Devon: implications for bioenergy planning and policy. Journal of environmental policy & planning, 8(1), p. 45-66. Waste Online (2006). Wood recycling information sheet. (WWW document). Available at: http://www.wasteonline.org.uk/resources/informationsheets/wood.htm (accessed 1 May 2007). Watson, H. (2005). U.S. climate change policy overview. Presented to: UNFCCC Seminar of Government Experts, Bonn, Germany, 16-17 May 2005. Available at: http://unfccc.int/files/meetings/seminar/application/pdf/sem_pre_usa.pdf (accessed 24 April 2007). U.S. Department of State, Washington, D.C. Watson, J., Hertin, J., Randall, T. and Gough, C. (2002). Renewable energy and combined heat and power resources in the UK. (Working paper 22). Available at: http://www.tyndall.ac.uk/publications/working_papers/wp22.pdf (accessed 27 April 2007). Tyndall Centre, Norwich. White House (2001). President Bush discusses global climate change. (Transcript). Available at: http://www.whitehouse.gov/news/releases/2001/06/20010611- 2.html (accessed 27 April 2007). Wolf, A., Vidlund, A. and Andersson, E. (2006). Energy-efficient pellet production in the forest industry a study of obstacles and – success factors. Biomass and bioenergy, 30, p. 38-45. Wood Energy Ltd (2006). Rendlesham Primary School, Suffolk – 120 kW Binder wood chip boiler. Available at: http://www.angliawoodfuels.co.uk/_Attachments/Resources/33_S4.pdf (accessed 6 July 2007). Wood Energy Scotland (2006). Supplying woodfuel – pelletising. (WWW document). Available at: http://www.usewoodfuel.co.uk/Pelletising.stm (accessed 6 July
Stránka 67
2007). Forestry Commission Scotland, Edinburgh. WWF (2003). WWF’s critique of the government’s Energy White Paper. (Press release). Available at: http://www.wwf.org.uk/filelibrary/pdf/critique_of_white_paper.pdf (accessed 11 Feb 2007). Zeng, X., Ma, Y. and Ma, L. (2007). Utilization of straw in biomass energy in China. Renewable and sustainable energy reviews, 11, p. 976-987.
Stránka 68