Obnovitelné zdroje energie pro IT

Obnovitelné zdroje energie: BIOMASA

Obnovitelné zdroje energií se stávají stále žádanějšími. Naléhání vědeckých kruhů, upozorňujících na nebezpečí, která plynou z narušování ekologického systému, je stále silnější. Nedávno zveřejněná apokalyptická vize dramatických změn klimatu na Zemi v horizontu 10 let jako důsledek nezodpovědného energetického chování, je varujícím podnětem nejen k zamyšlení.

Využití biomasy se, díky moderním technologiím, které umožňují její spalování s vysokou účinností, stalo jednou z možností jak přispět k řešení energetických i ekologických problémů, se které musí naše civilizace dříve nebo později vyřešit. Dokonalé Ekologicky nezávadné spalování biomasy je však podmíněno znalostí vyspělé technologie a zajištěním odpovídajících podmínek pro její aplikaci. Prakticky každý má zkušenost s otevřeným ohništěm, ať již jako s malým ohníčkem na kterém opékáme vuřty či velkým táborákem anebo jen s ohněm, na němž na podzim spalujeme spadané listí, či starou, suchou trávu.

Tak však biomasu spalovat nelze.

Paliva na bázi biomasy musí mít takové vlastnosti, které zajistí vysokou energetickou účinnost spalování s minimem škodlivých emisí.

Současná spalovací zařízení (kamna) na biomasu (polenové dřevo nebo brikety) určená jako hlavní zdroj vytápění zajišťují svou racionální konstrukcí dokonalé spalování paliva v biotopeništi bez kovových součástí. Akumulace tepla v keramickém modulárním systému KMS při minimální provozní obsluze umožňuje udržet aktuální spalovací výkon na úrovni zajišťující dostatečně vysokou teplotu plamene podmiňující dokonalé vyhoření prchavé hořlaviny a oxidu uhličitého.

Kamna jsou složena ze spalovací komory, keramického akumulačního modulárního systému a výměníkového systému (hypokaustu) předávajícího teplo do vytápěného prostoru. Dochází tak k oddělení spalovacího procesu od akumulačního a výměníkového procesu. Spalovací komora (biotopeniště) svými tepelně izolačními vlastnostmi umožňuje udržení vysoké spalovací teploty plamene zajištěné předehříváním primárního i sekundárního vzduchu v kanálcích vyzdívky dna a bočních stěn biotopeniště. Svislý odtahový tah (pád) zařazený za spalovací komorou zajistí vztlakové rozvrstvení spalin, jehož důsledkem jsou udržovány ve spalovací komoře maximální teploty a odtahovány jsou relativně chladnější spaliny do keramického modulárního systému. KMS je vyroben z mullitového zdiva s vysokou hustotou (2800 kg.m^-3) ve tvaru kubických prvků jednotného modulu zajišťujícího snadné a provozně spolehlivé sestavení. KMS zajišťuje akumulací tepla získaného spalováním v přibližně dvouhodinovém časovém úseku s následným desetihodinovým předáváním tepla přes výměníkový systém (hypokaust) do vytápěného prostoru. Z KMS jsou spaliny odváděny do komínu.

Experimentální měření, zaměřené na ověření teplotních a koncentračních podmínek při spalování dřevěných briket s vlhkostí 9,8 %, přineslo zajímavé výsledky. Pomocí termočlánků byly měřeny teploty primárního a sekundárního vzduchu před vstupem do spalovací komory, teploty spalin při výstupu ze spalovací komory, při vstupu do KMS a vstupu do komína. Průběžně byla vyhodnocována analýza spalin (O₂, CO, NO_x, NO₂, C_xH_y) a stanoven obsah CO2. Analýza spalin byla prováděna analyzátorem TESTO 350 M/XL umožňujícího analýzu nespálených uhlovodíků CxHy. Z naměřených veličin byl stanoven aktuální přebytek spalovacího vzduchu a nepřímou metodou byla stanovena účinnost, která se v závislosti na jednotlivých fázích hoření prchavé hořlaviny s dlouhým a svítivým plamenem nebo dohořívání tuhého zbytku s krátkým a nesvítivým plamenem pohybovala v intervalu 83 až 91 %.

V souvislosti s využitím biomasy jako paliva je však třeba zmínit i to, že vedle vyspělého spalovacího zařízení, je nutné, aby součástí byl i komín, odpovídající svými parametry technické úrovni paliva i spalovacího zařízení (kamen). Zdůrazňujeme tuto skutečnost proto, že komín už dávno není, tak jak byl dříve mnohdy pojímán, jen vertikálním otvorem ve zdivu. Moderní systémově řešené komíny, zajišťující dosažení vysoké účinnosti spalování a tím i vysoké úrovně vytápění, tvoří ucelený konstrukční celek navazující na spalovací zařízení s nímž vytvářejí komplexní systém.

Přestože se biomasa stává stále žádanějším palivem, stále je to spíš z důvodů ekonomických než jako výsledek pochopení širších ekologicko ekonomických aspektů. Proto je dobré připomenout dobrý příklad sousedního Rakouska, kde energetická politika státu i jednotlivých spolkových zemí výrazně podporuje obnovitelné zdroje energie v nichž dominuje vedle vodní energie (Alpy) právě biomasa.

Kamna nebo kotle na biomasu jsou dnes v Rakousku výrazně orientovány na použití pelet s výhodou možnosti naprogramovaného nebo dálkového startu a časově rovnoměrného průběhu spalování s regulací výkonu řízením přiváděného množství paliva, a to již v páté konstrukční generaci kotlů využívajících například kondenzační provozní režim pro předehřev spalovacího vzduchu.

Z důvodů investiční náročnosti na rozvody tepla (65%) a náročnosti z hlediska provozních nákladů (cirkulace a tepelné ztráty) jsou tyto tepelné zdroje využívající biomasu výhodné především pro centrální vytápění a jsou proto doporučovány zejména pro hustou zástavbu center vesnic.

Budoucnost?

Jestliže můžeme konstatovat, že moderní spalovací zařízení, díky své racionální konstrukci, dokáže i v malých výkonech spalovat biomasu s vysokou účinností a minimálním množstvím škodlivých emisí, pak je třeba si položit otázku co je nutné udělat proto, aby se využívání těchto paliv co nejvíce rozšířilo.

Spolehlivost provozu, vysoká účinnost běžně přesahující 80 % (špičkově přes 90 %), nezávislost na vnějších energetických sítích (elektřina), dokonalé spalování s minimem škodlivých emisí, obslužně nenáročný provoz s dvanáctihodinovým intervalem přikládání tyto zdroje jednoznačně pro budoucnost předurčuje.

Je zřejmé, že je nezbytná podpora jejich využívání. Avšak tuto podporu nelze omezit pouze na propagaci využívání těchto spalovacích zařízení schopných splnit náročné ekonomicko ekologické podmínky, ale je nezbytné uvést do života i systém zajištění, distribuce a používání upravených paliv jako základní podmínku pro dosažení požadovaných výkonových i kvalitativních parametrů.

Ekologické i ekonomické hodiny tikají.

Dr. Václav Chaloupecký

Při přípravě článku byly použity informace obsažené v referátu Doc. Ing. Zdeněka Tomana, CSc., VŠB - TU Ostrava, předneseného na konferenci o Zvyšování podílu obnovitelných zdrojů energie při zajišťování tepla v Ostravě.

Vybrané přednášky