Kombinovaná výroba elektřiny a tepla je klimaticky i energeticky nejefektivnější způsob využití paliva včetně biomasy. Kvůli nedostupnosti vhodných technologií však byla dosud vyhrazena zejména pro tzv. velkou energetiku. Situace se ale mění, a to i díky výzkumníkům z Českého vysokého učení technického v Praze, kde byl v roce 2020 završen projekt mikroelektrárny WAVE pro výrobu elektřiny a tepla z biomasy. Prototyp se nyní jako certifikovaný výrobek postupně uplatňuje v energetické praxi.
Výtah z článku, který vyšel v časopise Energie 21 č. 4/2021.
Problematice kombinované výroby elektřiny a tepla (KVET) nízkého výkonu z biomasy byl v časopisu Energie 21 věnován již příspěvek v čísle 6/2019, kde byly popsány zkušenosti z provozu pilotní jednotky Wave50 umístěné v Mikolajicích na Opavsku. Zkušební provoz se podařilo úspěšně zvládnout, jednotka Wave120 na podzim 2020 obdržela certifikát Ekodesign a může na trhy celé EU.
Mikroelektrárna Wave je zařízení pro KVET z biomasy nízkého výkonu. A lze bez nadsázky říci, že je jediná svého druhu na světě. Můžeme si ji představit jako kotel na dřevní štěpku, který kromě tepla produkuje elektřinu. Zatímco běžný kotel ale pro svůj provoz elektřinu spotřebovává, Wave si svou spotřebu elektřiny pokryje a přebytečnou elektřinu navíc dodává do objektu, do bateriového úložiště nebo je odprodána do distribuční sítě.
Výroba elektřiny je řešena prostřednictvím tepelného oběhu, který je obdobný, jako u klasické elektrárny. Namísto vody je však využito silikonového oleje hexametylendisiloxanu (MM), který má pro danou aplikaci vhodnější vlastnosti. Proto je oběh označován jako organický Rankinův cyklus (ORC). Teplo je po průchodu cyklem a částečné transformaci na elektřinu odvedeno do otopné vody určené pro vytápění budovy nebo jiné technologické využití.
Provoz Wave je plně automatický včetně dopravy paliva, diagnostiky a bezpečnostních systémů. Zařízení je možné pomocí mobilní aplikace uvést do provozu a stejně snadno odstavit.
Zkušenosti z vývoje a provozu Wave50 ukázaly, kam by měl vývoj směřovat pro dosažení komerční úspěšnosti řešení. Z nominálních hodnot 50 kW tepelných a 2 kW čistých elektrických (po odečtení tzv. vlastní spotřeby) u Wave50 produkuje aktuálně komerčně dostupná jednotka s označením Wave120 nominálních 120 kW tepla a 6,2 kW čisté elektřiny.
Uživatele však spíše zajímá, co zařízení „snese“, parametry se tak pro instalace individualizují. Technologický limit řešení leží na hranici 200 kW tepleného a 10 kW čistého elektrického výkonu. Při o málo vyšší ceně celé instalace u Wave120 oproti Wave50 se dosahuje významně lepší ekonomické efektivity pro koncové uživatele.
Jednotka Wave120 se velikostně hodí například jako zdroj pro průmyslové sušení. Ideálním klientem jsou pily a farmy, které potřebují něco sušit a mají vlastní zdroje biomasy. Dále je zařízení kromě výrobních podniků vhodné do bytových domů, větších penzionů, kulturních domů, škol nebo úřadů.
Licenci na výrobu zařízení zakoupila od ČVUT UCEEB společnost Damgaard Consulting, která aktuálně připravuje malosériovou výrobu. Každá instalace je vybudováním zdroje podle platné legislativy, takže vyžaduje zpracování projektu a další nezbytné dokumentace. Kontejnerové řešení a certifikát Ekodesign ale všechny tyto činnosti oproti alternativnímu budování kotelny značně zjednodušuje.
Ing. Jakub Maščuch, Ph.D., ČVUT Praha UCEEB
Obrázky:
Fotodokumentace instalovaného kontejnerového řešení Wave50 v Mikolajicích. Foto Tomáš Kejha
Pracovní prostor lamelového expandéru, technického „srdce“ oběhu ORC. Foto archiv/UCEEB
