VYNCKE - energetické využití tuhých alternativních paliv
Ústředním tématem článku je pohled na problematiku řešení energetického využití tuhých alternativních paliv (TAP) optikou projektu aktuálně realizovaného v UK společností VYNCKE.
Koncept tohoto projektu poodhaluje existující úspěšné skloubení investičního záměru s tržní realitou, a ve své podstatě nastiňuje možné cesty pro decentralizované způsoby energetického využití i v jiných zemích. V rámci konceptu byla vyvinuta řešení pro dvě různá výkonová rozmezí, která lze považovat za decentrální řešení. Výkonová škála - tedy 50 kt a 100 kt zpracovávaného TAP byla účelově navržena na základě dlouholetých výzkumů VYNCKE vztažených k podmínkám ekonomické návratnosti projektu při nutné technické náročnosti a velikosti běžných územně správních jednotek. Tyto interní studie různých simulovaných řešení prokázaly, že vzhledem k nárokům na technologii pro tento typ energetického zařízení je ekonomika měřítka limitujícím faktorem, které ohraničuje minimální velikost řešení na cca 20 MW. Pod tuto hranici je podobné zařízení za hranicí ekonomické návratnosti a nelze o něm uvažovat jako o rozumné investici bez značných dotačních podpor.
Celý projekt je v základu založen na jednoduché koncepci – společnost provozující systémy centrálního zásobování teplem využívá odpady z odpadů (kat. č. 19 12 10) jako palivo pro energetické centrum, které bude zásobovat značnou část městské aglomerace Sheffieldu. Vstupní energie v palivu 40MWt je konvertována do tepelné a elektrické energie (10MWe). Tato jednoduchá sumarizace projektu je ale spojena se sedmi lety vývoje řešení společně s hledáním cest pro ekonomickou návratnost, protože celý projekt je financován privátním investičním fondem zaměřeným na infrastrukturní projekty, bez jakékoliv institucionální podpory.
Základním pilířem projektu tedy byla myšlenka použít odpad pro energetické využití, nicméně zde leží základ pro všechny následující nutné kroky pro postupný vývoj.
Odpad pro energetické využití, v českých končinách nazývaný TAP - tuhé alternativní palivo, nebo mezinárodně RDF – refuse derived fuel, totiž postrádá jednoznačnou definici svých parametrů, a není také pevným rámcem ukotveno v platné legislativě. Pro účely zamýšleného projektu bylo tedy principiálně nutné vymezit rozsah vlastností, které palivo musí splňovat, aby projekt mohl dávat smysl, a to v souladu s dostupnými zdroji. Jako konečné řešení bylo zvoleno využití TAP, vytříděného ze SKO, společně s jednodruhovými odpady z průmyslu (SRF).
Jak ukazuje řešený projekt, nemusí v konečném důsledku instalace technologie spalující palivo ve formě RDF a SRF nutně připomínat chemický závod, jako v případě klasického ZEVO na SKO, je-li vhodně řešena skladba a příprava paliva jako základní předpoklad úspěšné realizace.
Upravené palivo v definovaném parametrickém rozptylu je energetickým vstupem pro další využití v kotli. Design kotle je proveden s maximálním důrazem na životnost a schopnost provozu na úrovni 8 000 provozních hodin za rok. Kotel je parní vodotrubný, kde po vstupu paliva na rošt jsou první tři tahy kotle navrženy jako sálavé vertikální průchody – radiační část, přecházející dále do horizontální sekce – konvekční části, která obsahuje další teplosměnné plochy a obsahuje tak trubkové svazky přehříváku, výparníku a ekonomizéru. Kotel je navržen pro provozní parametry přehřáté páry 40 Barů a 400°C, což jsou empiricky ověřené maximální parametry, při kterých lze kotel pro definovaná výkonová rozmezí provozovat. Vyšší parametry jsou možné jen při použití náročnějších spalovacích technologií, které ale ve zmíněném výkonovém rozmezí nejsou profitabilní, a lze je proto aplikovat výhradně pro zařízení daleko větších kapacit. Upravené palivo tedy dále postupuje pásovou dopravou do provozního zásobníku podavače paliva, odkud jej hydraulicky ovládaný a vodou chlazený pusher - konstruovaný pro charakteristiku RDF paliva - dodává na rošt, kde palivo hoří.
Rošt, jako srdce energetického centra, je speciálně vyvinut pro potřeby spalování RDF - jeho prostřednictvím se dodává primární spalovací vzduch pomocí nekonvenčního řešení vzduchových labyrintů a současně je svou konstrukcí chráněn před vysokou abrazí, chemickou agresivitou, tepelnou roztažností a zatékáním kovů a strusky do výhřevné plochy roštu. RDF rošty jsou navrženy jako modulární a pro palivový mix s nižší výhřevností, jako v případě uvedeného projektu (8-15 MJ/kg) je zvolen vzduchem chlazený rošt (viz. obrázek 2).
Parní výstup kotle je pak směřován do klasického řešení s turbínou, navrženou pro generovaný výkon 10MWe současně s flexibilní dodávkou tepla do distribuční sítě CZT.
Energetické využití odpadu podléhá zvýšenému zájmu veřejnosti a orgánům státní správy. Výstavba jakékoliv energetické stavby na zelené louce není úplně jednoduchá právě z hlediska schvalovacích procesů, kde hlavní pozornost směřuje ke splnění emisních parametrů. Dodávka zmíněného energetického celku je realizována v kontextu maximální aplikace primárních opatření pro snížení koncentrací prachu a NOx. K zachycení a eliminaci dioxinů, furanů a těžkých kovů se používá polosuchá adsorpce, kde použitá aditiva adsorbují zmíněné prvky a ty jsou následně zachytávány v rukávcovém filtru. Separovaný popílek je po úpravě uložený na příslušnou skládku, protože je s ním dále nakládáno jako s nebezpečným odpadem. Roštový popel jako hlavní tuhý zbytek je vzhledem k vysokému obsahu těžkých kovů dále zpracován, kovy jsou magneticky separovány a zbytek je uložen na deponii.
Zmíníme-li ekonomickou stránku projektu, celkové investiční náklady přesáhly 100 mil.£. Při nastaveném obchodním modelu založeném na výběru poplatku na bráně (gate fee) ve výši 95 £ + prodejních cenách za dodávané teplo a elektrickou energii je tato investice návratná a profitabilní bez potřeby dotačních mechanismů.
Po transpozici tohoto modelu do lokálních podmínek lze ekonomiku podobného projektu dosáhnout při minimálním gate fee ve výši 70€/t a zajištěném odběru tepla a el. energie. Doba realizace od prvotního záměru po spuštění komerčního provozu byla v tomto případě 7 let. Projekt je aktuálně v posledním stadiu výstavby a bude uveden do plného komerčního provozu na podzim 2019. Na projektu lze demonstrovat dílčí parametry, za splnění kterých může být podobné řešení aplikováno i v ČR, jako jedna z alternativ řešení odpadové koncovky.
A kdo je vlastně Vyncke?
Vyncke je již více než 100 let značkou v oblasti výroby energie spalováním biomasy a nově i odpadů. Mezinárodní podnik založený v Belgii vlastní unikátní technologie pohyblivých - vodou, vzduchem, nebo kombinovaně chlazených roštů a rozsáhlým know-how pro ekologicky čisté spalování, které investicemi do výzkumu a vývoje neustále zdokonaluje.
V České Republice působíme od začátku 90. let nejdříve jen jako malá obchodně-servisní kancelář v Praze, po přesídlení do Frýdku-Místku v roce 2000 pak jako výrobní firma, která si ale začala rychle budovat vlastní engineering. Dnes se jedná o největší zahraniční pobočku firmy - nebo spíše téměř samostatný podnik s vlastními technologiemi, oddělením výzkumu a vývoje a obchodními aktivitami pro region střední a východní Evropy.
Vyncke dodává svým zákazníkům do celého světa kotle a energetické celky šité na míru konkrétním podmínkám a potřebám. Díky rozšiřování znalostí v oblasti spalování a mnohaletému zkoumání nových paliv a palivových směsí již tak 10 let můžeme bez obav tvrdit, že dokážeme vyrobit čistou energii v podstatě z čehokoliv rostlinného původu.
Proto jsme se poté víceméně logicky pustili i do kotlů na RDF, SRF, TAPy a v kombinaci vlastního vývoje a zakoupeného know-how pro velké spalovny jsme nyní vlastníky technologií pro výrobu energie i z těchto paliv. Jádrem každého kotle je spalovací systém: rošt a podavač paliva. Rošty pro spalování TAPů vyrábíme jako modulární (rošt je vyroben po jednotlivých segmentech a lego systémem se skládá v ucelený rošt na místě u zákazníka) a ve verzích vzduchem, nebo plně vodou chlazené. Především vodou chlazená varianta umožňuje tzv multipalivové řešení – kotel může dle dostupnosti paliv spalovat různé druhy TAPů, biomasy, nebo i hnědé uhlí.
Energetické využití odpadů a výroba energie z TAPů v České Republice se bude odvíjet od vývoje místní legislativy. Již nyní se objevují náznaky, že zákaz skládkování směsného komunálního a recyklovatelných odpadů se posune za rok 2024. Tak jako tak Vyncke již nyní nabízí technologie pro decentralizovanou výrobu energie z paliv, které vzniknou jako vedlejší produkt třídění a recyklace komunálních a průmyslových odpadů. Výhodou naší technologie je také její flexibilita - multipalivové spalovací systémy a kotle, které provozovateli přináší nezávislost jak na zdrojích a dodavatelích paliva, tak i na případných změnách legislativy.
Petr Salvet
Martin Vychodil
Radim Szkandera
Vyncke s.r.o.
