Zeg niet zomaar hout verbranden: duurzaam en doordacht energie winnen uit biomassa

Transcriptie

1 Zeg niet zomaar hout verbranden: duurzaam en doordacht energie winnen uit biomassa Nathalie Devriendt VITO 30ste Provinciale Milieudag Herentals 14 juni 2016

2 Inhoud» Bio-energie als hernieuwbare energiebron?» Biomassa» Conversietechnieken» Energieproductie (wkk, warmte, elektriciteit)» Emissies & vergunningen» Hoe te starten? 16/06/2016 2

3 Begin bij het begin: Trias Energetica! 16/06/2016 3

4 Waarom hernieuwbare energie?» Europa heeft voor HE gekozen om 3 redenen:» Milieu- en klimaatdoelstellingen (Kyoto)» Tewerkstelling (Lissabon)» Energie-onafhankelijkheid (Moskou) 16/06/2016 4

5 Hernieuwbare energie» Zonne-energie: PV en zonneboiler» Wind energie» Geo-energie» Bio-energie 16/06/2016 5

6 Reductie van broeikasgas? Bio-energie kan een BKG-reductie realiseren van minstens 50% t.a.v. hun fossiele alternatieven. 16/06/2016 6

7 Reductie van broeikasgas bij bio-energie?» Heel wat publieke commotie rond gebruik van biomassa voor energie!» EU- actie:» Duurzaamheidscriteria» 1 ste keer bij wet verplicht» In ontwikkeling 16/06/2016 7

8 Inhoud» Bio-energie als hernieuwbare energiebron?» Biomassa» Conversietechnieken» Energieproductie (wkk, warmte, elektriciteit)» Emissies & vergunningen» Hoe te starten? 16/06/2016 8

9 Biomassa» Biomassa definitie : biologisch afbreekbare gedeelte van producten en afvalstoffen, zowel plantaardig als dierlijk van land- en bosbouw, industrie en huishoudens 16/06/2016 9

10 Biomassa Oliën & vetten Suikers & zetmeel Vezel & houtige producten Vergistbare producten Koolzaadolie Palmolie Zonnebloemolie Soja-olie Jatrofa olie Micro-algen Dierlijke vetten Gebruikte frituurolie Suikerriet Suikerbiet Tarwe Gerst Maïs (korrels) Aardappel Cassava Snelgroeiende grassen (miscanthus, bamboe, riet) Bosbouw en korteomloophout (wilg, populier) Reststromen uit de landbouw (stro) Black liquor (van pulp & papierindustrie) Houtresten Houtafval Organisch afval Maïs Slib Landbouwafval Industrieel organisch afval (bvb. Van voedingsindustrie) Huishoudafval Mest (droog & vloeibaar) 16/06/

11 Biomassa» De 4 voornaamste uitdagingen naar bio-energie Competitie in gebruik Aangepaste conversietechnieken Aangepaste logistieke ketens en markten Heterogeniteit biomassa 16/06/

12 Biogebaseerde economie? Before F-6: food, feed, fibre, fuel, fertiliser and fine chemicals/materials Fossil covers F-4 (Fibre, Fuel, Fertilizer and Fine chemicals), biomass for food & feed & materials NOW: back to F-6 for biomass /06/

13 Functie van biomassa» F- functies van biomassa:» Food» Fodder» Fibres» Fine chemicals» Faramceuticals» Fuel» Fertilizer» Forest» Bioraffinage - Biocascadering Geïntegreerd gebruik van biomassa 16/06/

14 Biomassa» Watergehalte: moet, bij verbranding verdampt worden, vermindert netto-energie die vrijkomt» Stookwaarde (OVW) = nuttige warmte van het ongedroogd materiaal» Calorische waarde (BVW) = nuttige warmte van het droge materiaal 16/06/

15 Biomassa» Gehalte aan mineralen» Ca, K, Mg specifiek bij grasachtigen, minder voor houtachtigen» Lage assmelttemperatuur verslakking (slagging)» Afzetten op koude delen» Biomassa-installatie vaak feedstock specifiek» Andere chemische elementen» Chloor (HCl & dioxines/furanen), stikstof (NO x ), zwavel (SO x )» Vnl van toepassing bij niet-houtige biomassa» Belangrijk bij bepalen van het type rookgasreiniging» Tot op heden vnl valorisatie van houtige biomassa 16/06/

16 Biomassa» Vorm & dichtheid» Dimensie afhankelijk» Blokhout, pellets, rijstkaf, poederstof» Specificaties: opslag, transport, voeding, verbranding» Grote verscheidenheid» Omvormen biomassa tot bio-commodities» Vloeibare bio-brandstoffen (bio-ethanol, bio-diesel, )» Oliën (palmolie, jatrofa-olie, )» Pellets» Houtsnippers 16/06/

17 Biomassa Pellets Snippers voordelen nadelen Hoge dichtheid Hoge energiedichtheid Laag vocht percentage Transporteerbaarheid Verwerkbaarheid Hygiënische opslag Energieverbruik bij productie Minder lokaal beschikbaar (t.o.v. houtsnippers) Duurder ten opzichte van houtsnippers of houtafval Goedkoop Lokaal gemakkelijker beschikbaar t.o.v. houtpellets Lage dichtheid Hoog vochtgehalte Verminderde transporteerbaarheid en verwerkbaarheid t.o.v. pellets Hygiënische opslag 16/06/

18 Biomassa Pellet productie 16/06/

19 Biomassa Houtsnipper productie 16/06/

20 Biomassa Pelletlevering & -opslag 16/06/

21 Inhoud» Bio-energie als hernieuwbare energiebron?» Biomassa» Conversietechnieken» Energieproductie (wkk, warmte, elektriciteit, transportbrandstof)» Emissies & vergunningen» Hoe te starten? 16/06/

22 Conversietechnieken» Thermochemische proces:» Verbranding» Vergassing» Pyrolyse» Torrefactie» Transesterificatie» Biologisch proces:» Vergisting» Opschoning» Bio-ethanol productie 16/06/

23 Verbranding» Kenmerken:» λ > 1» 800 C 1300 C» Volledige omzetting organische fractie tot CO 2 en H 2 O» 4 fases: droging, ontgassing, vergassing, verbranding (gelijkt)» Voor- en nadelen: + klassieke techniek, betrouwbaar, draaiuren - rendement: grote luchtovermaat, stoomcondities - emissieproblematiek 16/06/

24 Verbranding» Aandachtspunten (TTT tijd turbulentie temperatuur)» Luchtovermaat goed afregelen» Verbrandingstemperatuur goed afregelen:» Niet te hoog: opgelet voor assmeltpunt en emissies» Niet te laag: opgelet voor emissies en teervorming» Voldoend lange verblijftijd van de rookgassen in de uitbrandfase» Volledige omzetting naar CO 2» Voldoende menging van luchttoevoer met verbrandingsgassen» Automatische continue toevoer biomassa 16/06/

25 Verbranding» Selectie van het verbrandingssysteem Roosteroven Onderschroef stoker 16/06/

26 Verbranding» Onderschroefstoker» brandstof via schroef onder rooster» beperkingen: stukgrootte en asgehalte brandstof, ordegrootte» P = 8 kw th - 5 MW th 16/06/

27 Verbranding Onderschroefstoker 16/06/

28 Verbranding» Roosteroven» Hellend of vlak rooster met bewegende tegels (ev. watergekoeld)» P= 150 kwth tot ca. 70 MW th Met dank aan Vyncke 16/06/

29 Verbranding Roosteroven 16/06/

30 Verbranding Roosteroven 16/06/

31 Inhoud» Bio-energie als hernieuwbare energiebron?» Biomassa» Conversietechnieken» Energieproductie (wkk, warmte, elektriciteit, transportbrandstof)» Emissies & vergunningen» Hoe te starten? 16/06/

32 Warmte» Warmte-overdracht» Via warmtewisselaar» Medium: water/stoom, lucht, thermische olie» Toepassingen:» Water: verwarming, heet water (industrie)» Stoom: verzadigde stoom» oververhitte stoom: vaak voor aandrijving» Lucht: ruimteverwarming/drogen» Thermische olie: industrie» Rechtstreeks (rookgassen in droogprocessen)» Warmtevraag» De soort van warmtevraag bepaalt de keuze van het medium, de temperatuur en de druk. Deze bepalen samen met de biomassafeedstock de keuze van de ketel.» Warmteprofiel: hoe constanter hoe beter 16/06/

33 Warmte Dimensionering bio-energie productie Uitgaan van de warmtevraag Warmtevraag (MWth) 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 Warmteverbruik op dagbasis Dag Dimensionering op basis van warmtevraagcurve Warmtevraag (MWth) 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 Warmtevraagcurve Draaiuren 16/06/

34 23 februari 2015 Biomassa naar elektriciteit 16/06/

35 23 februari 2015 WKK: Koppeling van warmte en elektriciteit 16/06/

36 Warmtekrachtkoppeling 16/06/

37 Inhoud» Bio-energie als hernieuwbare energiebron?» Biomassa» Conversietechnieken» Energieproductie (wkk, warmte elektriciteit)» Emissies & Vergunningen» Hoe te starten? 16/06/

38 Emissiegrenswaarden houtverbranding Stof [mg/nm 3 ] bij 6% O 2 Hout 200 (zonder elektrostatisch filter) (met elektrostatisch filter) < 10 (met nat elektrostatisch filter) Na cycloon: Stro, gras, miscanthus, spaanplaat Na cycloon: Vezelplaat, houtsnippers, MDF, schors Afvalhout- schoon Na doekfilter of elektrostatisch filter: <10 Mest Na reiniging: Aardgas 0,3 50 MW Vloeibare brandstoffen 0,3 5 MW Zuurstofgehalte Stof [mg/nm 3 ] SO 2 [mg/nm 3 ] NO x [mg/nm 3 ] CO [mg/nm 3 ] 3% O % O % O % O [1] Emissieconcentraties bij 6% O 2 zijn berekend door VITO 16/06/

39 Emissies houtverbranding» Emissies houtverbrandingsinstallaties te beïnvloeden door:» Brandstof: normering o.a. EN 14961, KB (5/04/2011) tot bepaling van de eisen waaraan houtpellets moeten voldoen om gebruikt te worden als brandstof voor nietindustriële verwarmingstoestellen» Ontwerp installatie: KB (12/10/2010) tot regling van de minimale eisen apparaten op vaste brandstoffen, ontwerp van ketel» Nageschakelde technieken: multicycloon, keramische filter, ESP (OekoTube), doekfilter, natte stofwassing 16/06/

40 Emissies houtverbranding 16/06/

41 Milieuvergunning Biomassa» VLAREM onderscheidt als biomassa:» Biomassa-product: producten die bestaan uit plantaardig landbouwof bosbouwmateriaal dat gebruikt kan worden als brandstof om de energetische inhoud ervan te benutten alsook biomassa-afval» energieteelten, houtpellets, houtbriketten, hout rechtstreeks uit bosexploitatie» Biomassa-afval: als brandstof gebruikte afvalstoffen:» plantaardig afval van land- en bosbouw, levensmiddelenindustrie, vezelachtig afval papierproductie, kurkafval» houtafval (uitgezonderd behandeld verontreinigd houtafval) 16/06/

42 Milieuvergunning Houtafval Є Biomassa Biomassa-afval Onbehandeld houtafval natuurlijk hout in de vorm van zaagresten en meel, krullen, slijpstof of schorsdeeltjes Niet-verontreinigd behandeld houtafval Multiplex, spaanplaten, vezelplaten Afval Verontreinigd behandeld houtafval Geverfd of gelakt hout Verduurzamingmiddelen, brandvertragers Commercieel A-hout B-hout C-hout Vlarem Onbeh BNV VB VB Code I II IIIa IIIb 16/06/

43 Milieuvergunning Houtafval Є Biomassa Biomassa-afval Onbehandeld houtafval Nietverontreinigd behandeld houtafval Afval Verontreinigd behandeld houtafval Commercieel A-hout B-hout C-hout Vlarem Onbeh BNV VB VB Code I II IIIa IIIb 16/06/

44 Vergunningen Vlarem I Indeling rubrieken hinderlijke inrichtingen»biomassa-product = stookinstallatie (Vlarem I Rubriek 43.1)»<300 kw th niet vergunningsplichtig» kw th (Klasse 3)» kw th (Klasse 2)»> 5 MW th (Klasse 1)»Biomassa-afval = afvalverbrandingsinstallatie (Vlarem I Rubriek 2.3)»Tot 5 MW th (Klasse 2)»> 5 MW th (Klasse 1)»Verontreinigd behandeld hout = geen biomassa-afval»alle vermogens (Klasse 1) 16/06/

45 Emissies Vlarem II - Emissies» : Voor stookinstallaties met een nominaal thermisch ingangsvermogen van minder dan 300 kw, gevoed met vaste, vloeibare en gasvormige brandstoffen andere danbiomassa-afval, zijn geen emissiegrenswaarden van toepassing.» : Vaste biomassa tot 50 MWth Opgelet! Meetfrequenties, zware metalen, dioxines en furanen ook belangrijk! 16/06/

46 Emissies Vlarem II - Emissies» Vaste biomassa-afval» Behandeld verontreinigd = afvalverbranding 16/06/

47 Inhoud» Bio-energie als hernieuwbare energiebron?» Biomassa» Conversietechnieken» Energieproductie (wkk, warmte elektriciteit)» Emissies & vergunningen» Hoe te starten? 16/06/

48 De klassieke vragen» Ik wil mijn energievooziening verduurzamen mijn energiefactuur verlagen mijn organische afvalstroom zelf valoriseren een nieuw energieconcept nu mijn stookinstallatie moet worden vervangen 16/06/

49 Het studieveld» Biomassa beschikbaarheid» Welke biomassa?» Continue aanvoer?» Prijsniveau?» Eigenschappen?» Voorbehandeling nodig?» Techniek» Warmtevraag: basislast en piekvermogen?» Elektriciteitsproductie?» Welke conversie- en energietechniek?» Wetgeving» Welke vergunningen nodig?» Welke eisen: emissie eisen, meetfrequenties, etc.?» Subsidies» Welke steunmaatregelen?» Welke voorwaarden moeten voldaan zijn?» Kosten» Wat zijn systeem kosten?» Welke aanvullende kosten: verbouwing, warmtenetwerk, aansluiting op elektriciteitsnet, voorstudie, civiele werken, etc?» Wat zijn de baten: exploitatiesteun, vermeden energiekosten?» Welke financieringsvorm? 16/06/

50 Het studieveld Inputstromen In kaart brengen Technologie Combinatiemogelijkheden Fossiele alternatieven -gas -stookolie - Energievraag /-aanbod Energiecluster Biomassa Steunmechanismen Dimensioneren Warmtenetwerk Netkoppeling Duurzame alternatieven -zonthermisch -PV -warmtepomp - 16/06/

51 Vragen? Bedankt voor uw aandacht! Nathalie Devriendt 014/ /06/