První mikroturbína na bioplyn v ČR

Loni v říjnu předvedla firma Instalace Praha v Ústřední čističce odpadních vod v Praze v provozu mikroturbínu Capstone 30 kW na bioplyn. Proti zařízení známému z Českého Brodu na zemní plyn bylo přidáno čištění bioplynu a samostatně stojící kompresor bioplynu. Filtrace bioplynu sestávala z filtru s aktivním uhlím na zachycení sulphanu (sirovodíku), z výměníku a chladiče na chlazení bioplynu a z dalšího filtru s aktivním uhlím na zachycení siloxanů. Siloxany jsou organickou sloučeninou křemíku, která při spalovacím procesu vytvoří jemný křemičitý písek. Ten se usazuje v turbíně a rekuperátoru turbíny. Proto je nutné siloxany před vstupem do motoru odstranit. Palivem byl bioplyn z ČOV o malém obsahu síry a sníženém obsahu vody. Obsahuje kolem 62 % metanu a tlak před filtrací bioplynu činí 4 kPa. Turbínka dosáhla stejného maximálního výkonu jako na zemní plyn – téměř 30 kW. Minimální výkon však vzrostl při chudém palivu z 10 % jmenovitého výkonu na 50 %. Byly získány cenné zkušenosti s nastavením turbíny, s tlakovými poměry při najíždění a změně výkonu apod. Turbínka se chovala dle předpokladů bez problémů. Potíže způsoboval jen občasný pokles tlaku bioplynu na vstupu kompresoru pod minimální mez. Příčinou byla krátká doba provozu jen na zkoušky, takže zařízení muselo být připojeno bez odstávky ke stávajícímu zdroji bioplynu přes velmi poddimenzovaný ventil. Z důvodů prostorového omezení nebyl instalován připravený akumulační prostor plynu, vyrovnávající kolísání tlaku. Prezentovaná mikroturbína je vybavena možností nastavení kvality paliva operátorem. Během minuty lze přejít ze zemního plynu na bioplyn či zpět. Zařízení nebylo příliš citlivé na nastavení vlastností paliva. Po optimalizaci však pracovalo spolehlivěji. Funkci filtrace kontrolovali a měřili pracovníci VŠCHT, kteří po skončení zkoušek vyhodnotí funkci obou filtrů a použitého druhu aktivního uhlí. VE VĚTŠINĚ ZEMÍ JSOU PRVNÍMI ZÁJEMCI O TUTO TECHNOLOGII UNIVERZITY Dalšími uživateli bývají ve světě plynárenské společnosti, městské společnosti sledující ekologii (ČOV, skládky odpadů aj.) a další. Rotor mikroturbíny se otáčí rychlostí až 100 000 ot.min-1. Před vstupem do turbíny je palivo spalováno ve spalovací komoře. Pod tlakem (kupř. 400 kPa) je do ní přiváděno palivo a vzduch. Tím dochází ke vzniku hořlavé směsi vzduchu a paliva, která je při startu soustrojí elektricky zapálena. Při hoření dochází k prudkému zvýšení objemu směsi, která pak expanduje přes turbínu. Teplota spalin na výstupu ze spalovací komory (na vstupu do turbíny) bývá cca 800 oC. Teplota na výstupu mikroturbíny je 600 oC. Tlak plynu bývá zvyšován plynovým kompresorem s elektropohonem. Spalovací vzduch s uvedeným tlakem dodává vzduchový kompresor, poháněný turbínou. U mikroturbín mívá vzduchový kompresor jedno malé oběžné kolo. Ve spalovacích turbínách lze spalovat zemní plyn i topný olej, propan- butan a kerosen. Jsou využívány i druhotné suroviny (odpadní paliva), např. bioplyn. Mikroturbíny tvoří novou generaci turbín, s jinou aplikační i výrobní filosofií. Výrobci sázejí na měřítko množství (vyrobených kusů), na rozdíl od dosavadního měřítka velikosti. Jednou z novinek proti dosavadním turbínám je použití nových vysokorychlostních generátorů. Proto není nutné používat převodovku, takže soustrojí je kratší a lehčí. Vysokootáčkový generátor je menší a lehčí. Novinkou je použití vzduchových ložisek, která vydrží až 100 000 ot.min-1 a není nutno je mazat olejem ani tukem. Tím se zjednodušuje obsluha soustrojí a zvyšuje spolehlivost. Odpadá kontrola stavu oleje a jeho doplňování i výměny. Toto řešení je velmi ekologické, provozně jednoduché a bezproblémové a nikoliv naposledy i provozně levné. Nehrozí úkapy oleje a není nutné jej po výměně likvidovat. Nejběžnější turbíny mají na společné hřídeli turbínu a kompresor s jediným oběžným kolem i elektrický generátor. Tyto turbíny zhotovuje mj. firma Capstone (USA), která vyrobila výraznou většinu z prvních několika tisíc mikroturbín. VYUŽITÍ TEPLA SPALIN Výměník tepla na výstupu z turbíny zpravidla ohřívá teplem spalin topnou vodu pro vytápění, užitkovou vodu aj. Tepla spalin však lze využít ještě hospodárněji: ? k ohřevu vzduchu ve sklenících, což zároveň rostlinám dodává CO2 ; ? k sušení materiálů nebo výrobků přímo proudem spalin. Sušení proudem spalin je velmi ekonomické. Lze dosáhnout vysokou účinnost (90%). Spaliny mikroturbín jsou velmi čisté a mohou působit přímo na sušený materiál bez rizika poškození zdraví obsluhy. Přitom se využívá i teplo o nízké teplotě. Vhodné je sušení keramických výrobků či zemědělských produktů, ale také biomasy pro spalování, zplynování a potravinářský odpad z hotelů a obchodů. Zbývající objem odpadu i poplatků za likvidaci je o 80 % menší při vyšší hygieně. HLAVNÍ VÝROBCI MIKROTURBÍN První kogenerační jednotku s mikroturbínou Capstone v ČR instaloval podnik MTH Kolín v Českém Brodě. Slouží k vytápění bytů a k ohřevu vody v panelových domech. Mikroturbíny Capstone přispěly k největšímu rozšíření této nové technologie. Prodej byl zahájen v roce 1998. Podle dokumentu EU „Biofuel-burning Microturbine“ (2004) Capstone Turbine Corp. ovládá asi 85 % světového trhu. Kromě výkonu 30 kW vyrábí také turbínky o výkonu 65 kW, které jsou k dispozici i na bioplyn. Mikroturbína 200 kW je v pokročilém stadiu zkoušek. V Evropě je úspěšnější italský Turbec, který nabízí kogenerační jednotku s mikroturbínou o výkonu 100 kWel a 160 kWt na zemní plyn, bioplyn, topný olej aj. Ingersoll-Rand (USA) je přední světový výrobce kompresorů a chladicích zařízení. Kogenerační jednotka má elektrickou účinnost kolem 30 %. Zařízení s olejovými ložisky obsahuje vlastní osvědčený rekuperátor i kompresor plynu. Pro Evropu přichází v úvahu turbína o výkonu 250 kW, která je k dispozici i v bioplynové verzi. Firma je investorem stavby dvou těchto turbín v Číně. Výrobce mikroturbín 80 kW s olejovými ložisky ELLIOT POWER SYSTEMS spolupracuje s italskou firmou European Energy Systems při vývoji a výrobě kogeneračních jednotek. Majitelem firmy je japonská skupina EBARA. Spalovací mikroturbínu vyvíjí také PBS Velká Bíteš. Turbína pracuje při 52 400 ot.min-1 a má výkon až 100 kW, výstupní teplotu 505 oC a dobré emisní výsledky. Zajímavý je rovněž vývoj sestavy s horkovzdušnou expanzní turbínou. /js/