Slama ako efektívny zdroj tepla na vykurovanie sídliska v obci Turňa nad Bodvou

Obec Turňa nad Bodvou má približne 3 100 obyvateľov a leží juhovýchodne od mesta Rožňava v Turnianskej pahorkatine. Podľa normy STN EN 12831 sa nachádza v teplotnom pásme 15 °C s prevládajúcimi severozápadnými vetrami. Lokalita sa vyberala s prihliadnutím na možnú palivovú základňu a optimálny tepelný výkon. Z predprojektovej a projektovej prípravy vyplynula potreba realizovať dve samostatné stavby, a to sklad surovej biomasy – slamy – a kotolňu na spaľovanie slamy na sídlisku obce Turňa nad Bodvou.

Projektový návrh kotolne na spaľovanie slamy v obci Turňa nad Bodvou vychádzal z existujúcich technológií výrobcu spoločnosti Verner, a. s., z Českej republiky, ktorá sa presadila vo verejnej súťaži najmä technickými parametrami a cenovými podmienkami dodávaných technologických celkov. Kotolňa zásobuje teplom:

• základnú školu s počtom asi 700 žiakov;
• 256 bytov v komplexnej bytovej výstavbe v budovách z 20. storočia (roky 1972 – 1974);
• 28 bytov v modernom bytovom dome z roku 2003;
• slobodáreň so 60 posteľami (vrátane prípravy TV);
• obchodné a iné terciárne priestory s rozlohou približne 100 m².

Kotolňa pracuje so spaľovaním biomasy – slamy. Palivom je pšeničná slama s približnou výhrevnosťou Qn = 14,3 GJ/t. Celkový tepelný výkon kotolne 600 kW zabezpečuje kotol Verner Golem. V kotolni je ešte pretlakový kotol na zemný plyn spoločnosti Viessmann, s. r. o., s výkonom 3,2 MW.

Na obr. 1 je znázornená schéma technologického vybavenia kotolne. Pohľady na jednotlivé technologické časti kotolne sú na obr. 2 až 5. Postupne na nich možno vidieť sklad balov a balíkov slamy (obr. 2), kovový dopravníkový pás, ktorý dopravuje palivo – slamu – do rozdružovača – drviča – slamy (obr. 3), horák (obr. 4) a kotol (obr. 5).

Úlohou rozdružovača – drviča – slamy je rozdrviť slamu na veľkosť vhodnú na spaľovanie v horáku, do ktorého sa slama dostáva prostredníctvom dvoch sústav závitovkových dopravníkov s ukončením v ústí horáka.

Prevádzkový zásobník stabilizačného paliva (orechové škrupiny) sa plní priamo zo skladu paliva a stabilizačné palivo sa dostáva do dopravných ciest slamy prostredníctvom malého závitovkového dopravníka. Kotol je vybavený zbernými nádobami na odvod popola a tuhých znečisťujúcich látok (TZL) z kotla.

Popol sa z kotlov dopravuje do zásobníkov (popolníc) automaticky závitovkovými dopravníkmi. Spaliny sa odvádzajú dvoma samostatnými dymovodmi s priemerom 200 mm s cyklónovými odlučovačmi tuhých častíc a dvoma samostatnými trojplášťovými komínmi s priemerom 200 mm z ušľachtilej ocele s nosnou oceľovou konštrukciou.

Obr. 2 Pohľad do skladu slamy	Obr. 4 Doprava rozdrvenej slamy do horáka
Obr. 3 Pohľad na dopravník a rozdružovač (drvič) slamy	Obr. 5 Pohľad na horák a za ním umiestnený kotol

Regulácia a riadenie

Regulácia výkonu kotolne a riadenie spaľovacích procesov v obidvoch kotloch prebiehajú automaticky. Zabezpečenie sa uskutočňuje dvoma Lambda sondami a riadiacim systémom, ktorý vyhodnocuje informácie sond a ovláda dopravné cesty paliva, primárne a sekundárne ventilátory spaľovacieho vzduchu a spalinové ventilátory. Kotolňa vyžaduje len občasnú obsluhu, ktorá pozostáva z kompletnej kontroly všetkých zariadení a výmeny plných popolníc za prázdne. Požiarna bezpečnosť skladu paliva sa zabezpečuje vodnou sprchou v dopravných cestách, ktorá ich zatopí v prípade zvýšenia teploty nad stanovenú hodnotu. Kotly majú plne automatické zapaľovanie horúcim vzduchom.

Stavebné a montážne práce sa skončili v novembri 2005. Kotol sa prvýkrát zapálil pri skúšobnej prevádzke 23. novembra 2005. Prevádzku potom slávnostne otvorili 24. januára 2006 a 3. februára 2006.

Zhodnotenie a získané poznatky – ekonomika a prevádzka

Na jednej strane treba povedať, že budúce nízke prevádzkové náklady na výrobu tepla z obnoviteľných zdrojov energie znamenajú prínos v oblasti znižovania zaťaženia životného prostredia. Na druhej strane treba v porovnaní s plynovou kotolňou pri rovnakom ekvivalente (vyjadrenom napr. inštalovaným výkonom kotolne) vziať do úvahy vysoké investičné náklady na prípravu a dopravu paliva, na spaľovacie technológie alebo aj na činnosti spojené s odvážaním popola. Ekonomické výpočty preukázali, že návrh kotolne s rovnakým inštalovaným výkonom, ale s inou palivovou základňou (technológia na spaľovanie biomasy – slamy) neumožňuje nahradiť 100 % doteraz inštalovaného výkonu v existujúcej plynovej technológii, ale môže nahradiť určitú časť bázického a pološpičkového tepelného výkonu zdroja.

Vážnym problémom sa už v prípravnej fáze ukázala potreba prekonať prehnane optimistické informácie, ktoré sa šíria medzi verejnosťou o potenciáli biomasy (drevnej štiepky, slamy) a o jej cene na východnom Slovensku. Dôvodom je neinformovanosť a nevedomosť o súčasnom stave a potenciáli lesov v SR, kde máme 9 národných parkov (NP) a 14 chránených krajinných oblastí (CHKO). Z toho vyplýva do veľkej miery obmedzovanie ťažby dreva, ktorú sťažuje a zdražuje aj veľká členitosť krajiny.

Nezanedbateľnou skutočnosťou je pritom vysoký podiel exportu vyťaženého dreva, na základe ktorého potom na využívanie na spaľovanie zostáva čoraz menej dreva. K tomu všetkému treba ešte dodať, že:

• v SR neexistuje oficiálny trh s drevom (existuje komoditná burza dreva Lesov SR, š. p.), pričom drevo nie je zaradené ani do zoznamu komodít, ktorých maximálne ceny stanovuje ÚRSO;
• keďže asi 42 % lesov vlastní štát, 24 % cirkev, približne 14 % lesov je v súkromnom vlastníctve a zvyšných 20 % sú lesy obecné a vo vlastníctve spoločenstiev, v niektorých prípadoch sa porušujú zásady lesného hospodárenia – nedodržiava sa plán zalesňovania, drevo sa ťaží nad rámec lesného hospodárskeho plánu (LHP) a pod.;
• využívanie dreva je reálne tam, kde existujú jeho prirodzené zásoby a týka sa predovšetkým malých, resp. stredných kotlov, a nie tzv. veľkej energetiky;
• podľa zákona č. 326/2005 Z. z. o lesoch sú lesy súčasťou prírodného bohatstva SR, podobne ako napr. nerastné bohatstvo;
• bolo by vhodné prijať koncepciu využívania biomasy v SR, pretože prílišná „modernizácia“ spaľovania dreva vedie k nezdravému optimizmu v tejto oblasti.

Pre spoločnosť Raden, s. r. o., uvedené skutočnosti vyústili do problémov pri uzatváraní zmlúv a do nutnosti zakúpiť vlastné zariadenie na prípravu balíkov slamy. Po zhodnotení vlastných možností spoločnosti a verifikácii dostupnosti fondov EÚ sa vedenie spoločnosti s ohľadom na významnosť akcie a náročnosť získavania prostriedkov z EÚ rozhodlo financovať stavbu prostredníctvom úveru z banky, ktorý tvoril 90 % celkových finančných prostriedkov. Zvyšných 10 % spoločnosť uhradila z vlastných zdrojov.

Po zrealizovaní stavby vlastnými kapacitami spoločnosti s výnimkou hlavného riadenia montáže technológie sa dali vyhodnotiť a preukázať nasledujúce údaje:

• výpočtová potreba tepelnej energie – 12 838 GJ/rok;
• investičné náklady na stavbu kotolne – 4,360 milióna Sk;
• obdobie výstavby kotolne – 8 týždňov;
• potreba slamy ročne – 5 677 m³ v balíkoch;
• podiel QBIO na celkovej potrebe tepelnej energie – 60,7 %, t. j. 7 792 GJ/rok;
• návratnosť – 4,44 roka.

Zhodnotenie ekonomického hľadiska

Po štvormesačnej prevádzke (pri projektovanej kapacite) sa preukázalo, že zvolená technológia spoločnosti Verner, a. s., z Českej republiky je schopná bežne dosahovať priemerné denné využitie približne 100 % menovitého tepelného výkonu, a to aj v podmienkach, keď je vlhkosť slamy väčšia ako 25 %. Preto spoločnosť Raden, s. r. o., ktorá je v energetickom hospodárstve obce Turňa nad Bodvou operátorom na dvoch zdrojoch s prijateľnými sekundárnymi rozvodmi, mohla v roku 2006 realizovať dodávku tepla odberateľom za 499 Sk s DPH za GJ, čo bola o 80 Sk na GJ nižšia cena tepla ako v roku 2005. Pritom cena na rok 2006 bola inertná proti vonkajším vplyvom súvisiacim s rokom 2005 v oblasti vstupov či iných povinností. Na porovnanie – v roku 2005 bola u najväčšieho dodávateľa tepla v Košiciach spoločnosti Teho, s. r. o., Košice predajná cena tepla s DPH vo výške 579,65 Sk na GJ. Tu však treba zdôrazniť skutočnosť, že v Košiciach ide o kombinovanú výrobu tepla a elektriny, čo z hľadiska porovnávania ceny energie značne znevýhodňuje zdroje tepla vyrábajúce len jedno energetické médium (napr. len teplo alebo len elektrinu).

Variabilná zložka ceny tepla zo slamy, kde sú náklady 1 060 Sk na jednu tonu slamy (spolu s nákladmi na pohon dopravníkov, ventilátorov a riadiacich systémov) je pre obyvateľov obce Turňa nad Bodvou nižšia o viac ako 160 Sk na GJ. Investičný zámer na priemerný byt za obdobie ekonomickej životnosti kotlov na slamu (12 rokov) predstavuje odhadovanú úsporu vo výške približne 38 400 Sk, t. j. úsporu do 3 500 Sk na jeden byt a rok pri uvažovaní platných cien zemného plynu a slamy.

Zhodnotenie prevádzky kotolne

Hodnotenie vychádza z:

• analýzy kotolne za mesiace október až december 2006 vykonanej analytickým útvarom spoločnosti Raden, s. r. o. (ENÚ);
• atestácie vykonanej v novembri 2006 Slovenskou inovačnou a energetickou agentúrou (SIEA), pobočka Košice – kontrola prevádzky BIO Turňa 15. 8. 2006.

Získané výsledky sa uvádzajú v tab. 1.

Ako biopalivo sa v kotolni používa repková a pšeničná slama. Pri výbere palivovej základne sa aj s ohľadom na očakávaný rast dopravných jednotkových nákladov volila prísna optimalizácia pôvodu fytomasy z okruhu únosných vzdialeností. V konečnom dôsledku ide teda o využitie miestnej produkcie v základných veľkoobjemových množstvách. Technologicky je kotolňa vybavená kotlom s jednotkovým výkonom 600 kW od výrobcu z Českej republiky.

Geograficky ide o okrskovú kotolňu v regióne s tvorbou menej ako 60 % priemeru hrubého domáceho produktu Európskej únie. Kotolňu po technickom zhodnotení spravuje spoločnosť Raden, s. r. o.

Zhodnotenie prínosov

Pri pokuse zhodnotiť prínosy podľa globálnych kritérií sa za vybrané mesiace október až december 2006 preukázali nasledujúce skutočnosti:

• zníženie emisií CO₂ oproti fosílnym palivám, ktoré aj bez hmotnostnej kvantifikácie dosahovalo asi 51 %;
• zvýšenie zamestnanosti – zamestnanosť stúpla asi o 150 %, a to aj pri osobách, ktoré sa inak ťažko zamestnajú práve v regióne s jednou zo štatisticky najvyšších nezamestnaností – oproti stavu, keď sa v kotolni spaľoval zemný plyn, došlo k zamestnaniu 3 nových pracovníkov;
• využitie znalostnej ekonomiky – zdôvodnenie používania biomasy, keď pôvodne plynoví kuriči museli pochopiť prácu s úplne novým druhom paliva (oproti zemnému plynu) – biomasou, ktorá obsahuje približne 78 % prchavej horľaviny a môže obsahovať až 50 % vody v palive –, pri dodržaní ekologických kritérií (platných noriem STN a noriem EÚ) a zároveň firmy využívajúce tento druh paliva museli zvládnuť algoritmy riadenia a ekonomiku navrhovania a využívania zdrojov na biomasu;
• význam homogenizácie dendromasy, ktorý vyplynul predovšetkým z vážnej potreby skvalitniť spaľovacie režimy vyjadrené účinnosťou, ale aj z ekonomických dôvodov vyjadrených najmä predajnosťou tepla za požadovanú a prijateľnú cenu.

Záverečné zhodnotenie

Realizácia kotolne na spaľovanie slamy na sídlisku obce Turňa nad Bodvou viedla k získaniu nasledujúcich skúseností:

1. Metóda EPC (Energy Performance Contraining) zavádzaná od roku 1996 Ministerstvom hospodárstva SR a Ministerstvom financií SR sa ukázala ako veľmi životaschopná v znižovaní nákladov na vykurovanie a navyše odbremenila samosprávu od veľmi nepríjemnej povinnosti vykonávať energetické hospodárstvo v teréne. V tejto súvislosti možno za pozitívum považovať ostatnú novelu energetického zákona z roku 2004, ktorá ukladá obciam povinnosť vypracovať svoju energetickú koncepciu a tým vytvoriť podmienky na vyvážený technický a ekonomický rozvoj energetického hospodárenia obcí.
2. Ak to ekonomika dovolí, energiu biomasy možno využiť aj na podnikanie s teplom. Treba dbať predovšetkým na to, aby budúci regulovaný subjekt dodávajúci teplo vykonal už v prípravnej fáze dostatok analytickej a optimalizačnej práce, najmä v súvislosti s umiestnením inštalovaného výkonu kotlov do ročného diagramu zaťaženia. Tým minimalizuje možnosť bankrotu (najmä s ohľadom na 250 až 300 % investičnú náročnosť oproti plynofikáciám), resp. prechodu obyvateľov na individuálne bytové kúrenie, čo v konečnom dôsledku tiež môže spôsobiť bankrot dodávateľa tepla, ale nezníži závislosť od dovozu drahého zemného plynu (dovoz do SR je 100 % pokrytý z Ruskej federácie). Substitúciou tohto zdroja za obnoviteľný zdroj energie, akým biomasa určite je, sa zároveň napĺňajú ratifikované dokumenty EÚ z oblasti environmentálne udržateľného rozvoja.

doc. Ing. Peter Horbaj, PhD., Ing. Tibor Roman
Foto a obrázky: archív autorov
Recenzovala: doc. Ing. Otília Lulkovičová, PhD.

P. Horbaj, PhD., pôsobí na Katedre energetickej techniky Ústavu bezpečnosti, kvality a environmentalistiky Strojníckej fakulty TU v Košiciach.
T. Roman je riaditeľom a konateľom spoločnosti Raden, s. r. o., Košice, ktorá pôsobí na slovenskom trhu s teplom so zameraním sa na komunálnu sféru a zaoberá sa predovšetkým znižovaním spotreby rozličných druhov energií.

Literatúra
1. Horbaj, P.: Potential and utilization of biomass and waste in Slovakia. In: Present state of preparation of biofuels from waste and biomass, European Commission Directorate General Joint Research Centre Institute for Energy, CLEANWEB Technical Workshop in collaboration with EU Candidate Countries, Recovered fuels from waste and biomass: Methods of syngas / biofuels / biogas production and cleaning, Fuel utilisation for energy production, Bergen, Holandsko, 9. a 10.12.2003 (http://ie.jrc.cec.eu.int).
2. Kizek, J.: Simulácia spaľovania odpadných plynov s využitím zámennosti palív. In: Energetické premeny v priemysle. Košice: 1996, s. 77.
3. Rybár, P. – Rybár, R. – Tauš, P.: Alternatívne zdroje energie. Fakulta baníctva, ekológie, riadenia a geotechnológií TU v Košiciach, 2001, s. 121.
4. Kačík, F. – Kačíková, D.: Fyzikálna chémia a fyzikálno-chemické analytické metódy. Edičné stredisko TU vo Zvolene: 1998, s. 241.
5. Imriš, I. – Klenovčanová, A. – Vadász, P.: Príspevok k štúdiu spaľovania biomasy. Acta Mechanica Slovaca, 3-A/2004, s. 261 – 270.
6. Lukáč, P.: Niektoré možnosti energetických úspor pri prevádzke ústredného kúrenia v CZT. Acta Mechanica Slovaca, 3-A/2004, s. 631 – 636.
7. Jandačka, J. – Malcho, M. – Mikulík, M.: Biomasa ako zdroj energie. Žilina: Edičné stredisko TU, 2006, s. 240.
8. Viglaský, J. – Langová, N.: Technika prostredia. I. Vykurovanie. Zvolen: Edičné stredisko TU, 2006, s. 121.
9. Horbaj, P. – Kušnír, M.: Experience of production of biogas and wood gas for use in cogeneration unit. In: Production and purification of fuels from waste and biomass Technical, Environmental and Social Considerations, European Commission Directorate General Joint Research Centre, Institute for Energy, CLEANWEB Technical Workshop in collaboration with Technical University of Košice and BIOMASA Association, Slovakia, Košice, 11. a 12. 10. 2004.