ArrowÚvod / Energetické využitie odpadu / Výroba energie v ZEVO

Výroba energie v ZEVO

Už od počiatkov využívania spaľovania ako spôsobu likvidácie odpadov sa ľudia snažili využiť energiu schovanú v odpade. Energetické využitie odpadu sa v prvopočiatkoch stretávalo s veľkými problémami hlavne z dôvodu úplne odlišného zloženia odpadu, kde prevládala inertná zložka (popol) a biologická zložka s vysokým podielom vody. Dá sa povedať, že odpad tej doby mal asi tretinovú výhrevnosť oproti súčasnosti. Skutočne efektívne zariadenia ZEVO sa v Európe začali objavovať v 70. rokoch 20. storočia.

Spôsobov využitia energie z odpadu je veľa

Pri tepelnom spracovaní odpadu vzniká veľké množstvo tepla. Pri termickom zhodnocovaní odpadu sa v kotle dosahuje teplota od 900 do 1 100 °C. Toto teplo je vo výparníkoch odovzdané napájacej vode. Tá sa mení na prehriatu paru s teplotou 400 – 500 °C a tlakom 4 – 5 Mpa.

Vzniknuté teplo možno využiť rôznymi spôsobmi. V súčasnosti sa využíva na výrobu elektrickej energie, tepla pre vykurovanie, chladu pre chladenie priemyselných a kancelárskych priestorov a najnovšie aj na zachytávanie CO2. Najefektívnejším spôsobom využitia je priama dodávka tepla spotrebiteľom, či už vo forme pary, alebo ešte modernejšie vo forme teplej vody. V takomto prípade môže byť energetická efektivita ZEVO na úrovni vyše 80 %. Ďalším spôsobom využitia energie z odpadu je výroba elektrickej energie, tam sa efektivita pohybuje okolo 25 %. Z toho je zjavné, že pre najlepšie využitie energie z odpadu je nevyhnutná kombinácia výroby tepla a elektriny. Slovensko má obrovskú výhodu rozšírenia centrálnych systémov pre zásobovanie teplom, ktoré sa u nás začali využívať už od 60. rokov, západná Európa tieto systémy buduje teraz, s výnimkou škandinávskych krajín, ktoré sú priekopníkmi tejto metódy distribúcie tepla.

Spôsob energetického zhodnotenia Veľkosť ZEVO Umiestnenie ZEVO
len EE len teplo komb. výroba EE a tepla <100 000t TKO/r 100 000 - 250 000 t TKO/r >250 000t TKO/r juhozápad EÚ stredná Európa severná Európa
Počet závodov počet 83 47 184 118 124 72 55 188 71
Množstvo spracovaného odpadu Mt/rok 12,98 5,67 40,78 7,06 18,8 32,57 8,73 40,52 10,19
Celková produkcia EE MWh/t odpadu 0,581 0 0,444 0,341 0,426 0,454 0,57 0,419 0,362
Celková produkcia Teplo MWh/t odpadu 0,122 2,301 1,101 0,951 0,921 1,161 0,328 0,8 2,381

Tabuľka priemerne dosahovaných účinností pre ZEVO. Zdroj: CEWEP

V súčasnosti zariadenia ZEVO na území EÚ produkujú pri množstve spracovaného odpadu 88 miliónov ton ročne, elektrickú energiu pre 19 miliónov obyvateľov a teplo pre 16 milióna obyvateľov. Toto množstvo vyprodukovanej energie nahradí 11 – 55 miliónov ton fosílnych palív potrebných pre prevádzku elektrární a teplární a zabráni emisiám 24 – 49 milióna ton CO2, ktoré by takto vznikli pri spálení fosílnych palív. V merných jednotkách je to 40 TWh elektrickej energie ročne a 93 TWh tepla ročne.

Výroba tepla

Teplo možno vyrábať priamo, keď sa zákazníkom distribuuje para. Tento spôsob sa často využíva v prípade priemyselných odberateľov. Ide o energeticky najefektívnejšiu výrobu tepla, ktorá sa používa najmä v prípade, ak je ZEVO súčasťou iného priemyselného komplexu, chemickej továrne alebo papierne. Napríklad ZEVO Košice bolo pôvodne projektované na dodávku pary do blízkych priemyselných podnikov, tie však po roku 1989 zanikli a tento spôsob sa nerealizoval v plnom rozsahu.

 

V ZEVO Košice sa vyrába teplo, ktorým sa vo vykurovacej sezóne vykuruje 2400 košických bytov.

Častejšie sa používa druhý spôsob, kde sa vyprodukovaná para využije na výrobu elektrickej energie v kondenzačnej alebo protitlakovej turbíne a zostávajúce teplo, ktoré už turbína nedokáže využiť, sa odovzdá vo výmenníkovej stanici horúcej vode. Tá sa posiela do centrálnych systémov pre vykurovanie miest a obcí. Tento spôsob je mimoriadne efektívny, pretože sa zužitkuje prakticky všetka energia vyprodukovaná odpadom. Proces sa dá ešte zefektívniť, keď využijeme teplo v odchádzajúcich spalinách (tzv. kondenzačné teplo) pri energetickej účinnosti blížiacej sa k 100 %.

Výroba elektrickej energie

Ako už bolo povedané, elektrická energia sa v ZEVO vyrába pomocou kondenzačných alebo protitlakových turbín. Existujú zariadenia ZEVO, kde neexistuje možnosť odberu tepla zákazníkmi (napr. ak v regióne neexistuje centrálne zásobovanie teplom alebo ide o teplé oblasti, kde nie je potreba vykurovania), vtedy je výroba elektrickej energie jediným výstupom zo ZEVO. V takom prípade nastáva potreba maximálne zefektívniť výrobu pary pre potreby turbíny a výroby elektrickej energie. To sa dá dosiahnuť zvýšením parametrov vyrábanej pary. Bežné ZEVO vyrába paru s parametrami tlaku a teploty približne 4 MPa a 400 °C. Keď si to porovnáme s bežnou uhoľnou elektrárňou, zdá sa to relatívne málo (10 MPa a 700 °C). Toto je zapríčinené vysokou koróziou spalín v ZEVO, ktoré sú pri vyšších teplotách schopné zničiť kovové časti kotla v priebehu niekoľkých mesiacov. Preto je pre čo najefektívnejšie využitie energie v odpade potrebné nájsť kompromis a nastaviť parametre čo najvyššie. Existujú však zariadenia ZEVO, ktoré takéto vysoké parametre pary využívajú (napr. ZEVO v Neapole pri tlaku 9 MPa a teplote pary 500 °C) a sú preto konkurencieschopné bežným uhoľným elektrárňam.

 

Pohľad do turbinárne v ZEVO Košice. Kondenzačná parná turbína s využiteľným výkonom 6 MW je schopná vyrobiť za rok až 48 000 MWh elektrickej energie.

Výroba elektrickej energie je v rámci EÚ často podporovaná tzv. feed tarifom ako výroba energie z obnoviteľných zdrojov. Táto podpora je aktuálna aj v prípade ZEVO Košice. Bežný odpad totiž obsahuje vysoký podiel biologickej zložky (40 – 60 %), považovanej za obnoviteľný zdroj.

Výroba chladu

V krajinách, kde nie je dopyt po centrálnom vykurovaní (napr. juh Španielska), sa začína využívať tepelná energia na výrobu chladu, vtedy hovoríme o tzv. DHC systémoch (Distributed heating and cooling). Tieto systémy sa však pomaly rozširujú po celej Európe ako súčasť „smart“ energetických systémov, napr. v Kodani, Paríži, Barcelone. Principiálne ide o výrobu chladu v tzv. adsorpčných alebo absorpčných chladiacich jednotkách, ktoré sú charakteristické mimoriadne nízkymi prevádzkovými nákladmi a schopnosťou zužitkovať aj nízkopotenciálne teplo, ktoré by inak zbytočne unikalo do atmosféry. Vyrobená studená voda s teplotou 9 – 12 °C sa potom distribuuje rovnakým potrubím ako teplá voda vo vykurovacej sezóne do výmenníkových staníc pre veľké budovy alebo bytové komplexy.

V súvislosti s globálnou zmenou klímy a znižujúcim dopytom po teple sa výroba chladu stane čoraz využívanejšou a je možné, že v budúcnosti tieto centrálne systémy nahradia nevzhľadné a hlučné kondenzačné jednotky, ktoré aj u nás môžeme vídať na fasádach budov.

Zachytávanie CO2

Tento spôsob využitia energie z odpadu je úplnou novinkou a zatiaľ sa experimentálne využíva v ZEVO Oslo a ZEVO Duiven v Holandsku.

V Nórsku sa takto zachytené CO2 transportuje do šelfov a tlačí sa do starých vrtov po ťažbe ropy. V tomto v tomto prípade sa ušetrí 12 % emisií CO2. Plán je túto technológiu využiť vo všetkých 17 zariadeniach ZEVO v Nórsku a týmto prispieť k záväzku 95 % redukcie emisií CO2 v roku 2030.

V Holandsku sa zachytené CO2 využíva k podpore rastu rastlín v skleníkoch, kde sa na tento účel spotrebujú 3 milióny ton CO2 ročne. Na ilustráciu, ZEVO v Duivene ročne vyprodukuje 50 000 t CO2. V súčasnosti sa pripravuje rozšírenie projektu aj pre iné zariadenia ZEVO a na projekte zachytávania CO2 sa pracuje aj v najväčšom európskom ZEVO v Amsterdame (1,7 milióna ton odpadu a 500 000 t zachyteného CO2 ročne). Rozvoj technológií na využitie CO2 z energetického využitia odpadu momentálne prebieha, no je veľmi pravdepodobné, že v súvislosti s plánom znižovania emisií CO2 mu bude zo strany Európskej únie priradená vysoká dôležitosť.