Kogeneracijska postrojenja na drvnu biomasu

U Evropi, a naročito u Evropskoj uniji mali broj država može se pohvaliti energetskom nezavisnošću. Neke od njih su Rusija, sa bogatim zalihama plina i Norveška, sa obiljem nafte i sa preko 90% primarne energije iz hidro potencijala, no većina ipak zavisi od uvoza. Ovakva situacija, potpomognuta svešću o potrebi smanjenja emisije gasova staklene bašte, stavila je u prvi plan ulaganja u obnovljive izvore. Među takvim izvorima, CO₂ neutralnim, su i postrojenja na bazi sagorevanja biomase.

Parna turbina sa generatorom i vodenim kondenzatorom, foto: arhiva autora

Prva dilema pri planiranju izgradnje ove vrste postrojenja jeste njihova lokacija. Naravno odgovor je jasan – što bliže izvorima energenta, drvne biomase. Naredna dilema vezana je uz rezultate izgradnje kogeneracijskih postrojenja na biomasu, a to su toplotna i električna energija. Dakle, potrebna je lokacija što bliže potrošačima toplotne energije, kao i mogućnost predaje električne energije uz prihvatljive troškove.
Jedan od uslova je plansko-prostornog karaktera: lokacija mora biti u zoni u kojoj je izgradnja energetskih postrojenja dozvoljena važećim urbanističkim planovima. Kada sagledamo spomenute uslove nudi nam se nekoliko rešenja: prvo lokacije uz gradska naselja, a po mogućnosti unutar industrijske zone; i drugo lokacija uz prerađivačko–proizvodne pogone sa celogodišnjom potrošnjom toplotne energije.
Prva lokacija kogeneracijsko postrojenje vidi u funkciji toplifikacije naselja. Ovakve lokacije su česte, a uslov da budu i opravdane jest gustoća potrošnje (što veća potrošnja u što užem krugu oko energane) i zadovoljavajuća letna potrošnja toplotne energije. U ovom smislu treba razmotriti i trigeneracijski potencijal lokacije (proizvodnja i prodaja rashladne energije).
U drugu lokaciju, po učestalosti (od niže ka višoj), spadaju: lokacije uz stakleničku proizvodnju (voća, povrća, cveća) pri čemu se treba razmotriti i rashladni kapacitet; sledeća, učestalija, lokacija je uz postrojenja za proizvodnju briketa i/ili peleta, i konačno drvoprerađivačka industrija koja neretko raspolaže i kapacitetima za proizvodnju briketa i/ili peleta.
Ova poslednja lokacija ima više prednosti koje je stavljaju u prvi plan, a to su: unutar drvoprerađivačkih pogona se generiše i energent (kao nusproizvod); u ovim pogonima postoji potreba za toplotnom energijom (hidrotermička prerada drveta, zagrevanje radnih prostora, oplemenjivanje drvnog ostatka proizvodnjom briketa i/ili peleta), i konačno u drvoprerađivačkim pogonima, po pravilu, postoje kotlovi loženi drvnom masom, te oprema za njeno prikupljanje, uskladištenje, kao i kadrovi sa potrebnim iskustvom.

Generator, turbina i kondenzatora ORC uređaja, foto: arhiva autora

Postoji i jedna prednost sa stanovišta elektroenergetskog sistema, a to je činjenica da se u drvoprerađivačkim pogonima troše značajne količine električne energije. Ova lokacija energetski izvor upravo locira na mesto potrošnje električne energije.
Istovremeno s analizom kogeneracijskog potencijala neke lokacije otvara se i dilema o tehnološkom rešenju koje je opravdano primeniti. Generalno gledano, a posebno u svetlu lokacije kogeneracijskog postrojenja unutar drvoprerađivačkog pogona, potrebno je poći od energetskog nivoa na kojem potrošači koriste toplotnu energiju, količini potrebne toplotne energije po energetskim nivoima i naravno, sezonskim oscilacijama potrošnje.

Kogeneracijske tehnologije bazirane na sagorevanju drvne biomase koje nam stoje na raspolaganju su:

• parno-turbinska postrojenja sa parnim kotlom visokog pritiska,
• postrojenja sa ORC uređajima i termouljnim kotlom, i
• postrojenja s isplinjavanjem drvne mase i plinskim motorom.

Tehnologija isplinjavanja drvne mase, iako odavno poznata, zbog visokih troškova održavanja i nemogućnosti da troši sav drvni ostatak nastao u drvoprerađivačkom procesu nije doživela znatniju primenu.
Koja od dve preostale tehnologije ima prednost i upućuje na sveobuhvatnu analizu potrošača toplotne energije i njihovo razvrstavanje po temperaturnim nivoima? Kao potrošači kojima je potrebna najviša temperatura javljaju se komore za termičku modifikaciju drveta, a slede sušare za furnir. Nadalje dolaze prese i komore za savijanje, a zatim komore za parenje drveta. Tek nakon ovih potrošača dolaze najčešći potrošači, a to su sušare za rezanu građu. Sušare za piljevinu s ciljem njenog briketiranja mogu biti u rangu sušara za rezanu građu, ali i iznad njih.
Parno-turbinska postrojenja po pravilu koriste pregrejanu paru pritiska 35–70 bara i temperature pregrevanja 350–480 stepeni C. Za potrebe osiguravanja dovoljnih količina toplotne energije koriste se kondenzacijske turbine s jednim ili dva oduzimanja. Oduzimanje na višem pritisku je za potrebe visokotemperaturnih potrošača, dok je za niskotemperaturne potrošače oduzimanje bliže izlazu iz turbine. Uobičajeno je jedno oduzimanje neregulisano, a jedno regulisano. U izuzetnim situacijama, a zavisno o karakteru potrošnje, instaliraju se turbine sa protiv pritiskom.
Postrojenja s ORC uređajima po pravilu su u sprezi sa termouljnim kotlom temperature 315 stepeni C, a toplotna energija za potrebe potrošača se uzima sa kondenzatora uređaja. Ova toplotna energija je na nivou 80–110 stepeni C. Kada su potrebne manje količine toplotne energije više temperature onda se energija uzima iz termouljnog kruga.
Po pravilu postrojenja s ORC uređajem imaju veći ukupni stepen učinka, dok parna postrojenja imaju fleksibilnost u pogledu promenjivog odnosa korisne topliotne i proizvedene električne energije. Relativni nedostatak parnih postrojenja jeste osetljivost na pripremu vode i probleme vezane uz predaju toplote okolini (kod kondenzacijskih postrojenja). Problem predaje toplote  kondenzacije okolini je posebno izražen u letnim mesecima u usvlovima visokih spoljnih temperatura.
Investicijski su obe tehnologije na približno istom nivou (uz manja odstupanja u zavisnosti od snage postrojenja), dok su uz parno-turbinska postrojenja vezani viši pogonski troškovi i troškovi održavanja.
I konačno, obe tehnologije treba sagledati u kontekstu određene lokacije i uslova primene. Ono što je od posebnog značaja jeste napomena da je za dimenzioniranje kogeneracijskog postrojenja presudna potrošnja toplotne energije, a ne želja investitora da ima određenu (električnu) snagu postrojenja.  
Sigurno je da se prioritetne lokacije za kogeneracijska postrojenja na bazi sagorevanja drvne biomase nalaze u drvoprerađivačkim pogonima i pogonima za proizvodnju briketa i/ili peleta.

Kontakti autora: stoningdoo@inet.hr, vjekoslav.ribarevic@zg.t-com.hr