Hakkpuidu kasutamise eelised Võhma katlamaja näitel

Antud lõputöö eesmärgini jõudmiseks püstitati mitmeid uurimisülesandeid. Uurimistöö tulemused võib välja tuua järgmiselt: Uuriti ja selgitati biokütuse mõistet. Biokütus on energeetilisel otstarbel kasutatav gaasiline, tahke- või vedelkütus, mis sisaldab bioloogilist päritolu koostisosi. Biokütuseid saadakse biomassist ja tegemist on taastuva loodusvaraga; Koostati ülevaade tahketest, vedelatest ja gaasilistest biokütustest. Tahketest biokütustest käsitleti puitu ja loomasõnnikut, välja toodi nii väärindatud kui väärindamata kütused. Vedelatest biokütustest käsitleti bioetanooli ja biodiislit ning gaasilistest biokütustest biogaasi. Vedelate ja gaasiliste biokütuste puhul kirjeldati mõningaid saamisviise ja kasutusalasid; Toodi välja biokütuste tähtsamad keskkonna- ja majanduslikud aspektid. Keskkonnaaspektideks on lekked ja pinnasesaaste (vedelate biokütuste puhul), väävliheitmed (SO2), lämmastikuheitmed (NOx), tahked osakesed (PM2,5) ning kasvuhoonegaaside emissioonid ja globaalne soojenemine. Biokütuste kasutamise majanduslikku tasuvust mõjutavad: bio- ja fossiilkütuste hindade vahekord, saastetasud ning biokütusekatelde koormatus, mille määramiseks on välja toodud koormuste kestusgraafik. Graafiku sisuliseks eesmärgiks on välja selgitada sobivaim katelde ja nende võimsuste valik katlamajas. Tähtis on, et katlamajas olevad biokütusekatlad leiaksid maksimaalselt kasutust; Uuriti, millised on energiamajanduse eesmärgid Võhmas, lisaks uuriti soojuse tarbimist ning kaugküttevõrgusüsteemi. Võhma energiamajanduse põhieesmärgiks on tarbijate vajaduste rahuldamine optimaalsete hindade ja keskkonnamõjudega. Nende eesmärkide saavutamiseks ja Võhma ELKO AS jätkusuutlikkuse tagamiseks on soovitatav rakendada säästlikke ja taastuvaid energiaallikaid. Võhmas on hetke seisuga kaugküttevõrku ühendatud 19 soojuse tarbijat, millest kolme haldab linn, kuus tarbijatest on ettevõtted ning korterelamuid on 10. Soojuse kogutarbimine Võhmas esitati graafikuna. Praegune kaugküttevõrk toodi välja joonisel; Uuriti Võhma katlamaja tööd pärast renoveerimist. Võhma katlamajas on kaks katelt, millest üks on hakkpuidukatel ja teine põlevkiviõlikatel. Mõlemad katla koguvõimsus on 3 MW. Suitsugaaside eemaldamine toimub multitsükloniga; Toodi välja põlevkiviõli ja hakkpuidu tarbitud kogused ning energia. Selgus, et põlevkiviõli kasutamise osakaal on võrreldes hakkpuiduga väga väike. Suurim põlevkiviõli tarbimine oli 2015. aastal, kus vastav näitaja ulatus 778 MWh-ni. Järgnevalt toodi välja katlamajast väljastatud soojus ja tarbitud soojus ning lisati nende kõrvale normaalaasta tarbimine. Võrreldes tarbitud soojust normaalaasta tarbimisega selgus kõige soojem aasta, mis oli 2015. Tegelik tarbimine oli 5991 MWh, kuid normaalaastale taandatud tarbimine oli 6959 MWh. Suhteline võrgukadu oli nelja aasta lõikes keskmiselt 16% ning suurim oli see näitaja 2016. aastal. Katlamaja aastakeskmise kasuteguri analüüsi käigus selgus, et suuremaid kõikumisi ei ole olnud, jäädes vahemikku 85 – 90%. Keskmine näitaja 2013 – 2016 aastal oli 87,4%. Kaugkütte kasutegur on olnud viimastel aastatel languses, tipphetk oli 2014. aastal, kus kaugkütte kasutegur ulatus 75,6%-ni; Selgusid hakkpuidu kasutamise eelised põlevkiviõli ees. Selleks uuriti mõlemaid kütuseid nii majanduslikust kui ka keskkonnakaitselisest aspektist tuginedes teises peatüki teoreetilisele käsitlusele. Kütuste hindade võrdlemisel võeti aluseks arvutuslik kütuses sisalduva energia maksumus. Selgus, et põlekiviõli energia maksumus on oluliselt kõrgem, suurim suhe hakkpuidu energia maksumusega oli 2014. aastal (ligi kolmekordne). Keskmine hinnasuhe nelja aasta jooksul oli 2,4-kordne. Teise aspektina toodi välja saastetasud (välisõhu saastetasud) võttes aluseks 2016. aasta tarbitud kütuste koguenergia (8841 MWh). Tulemused on märkimisväärsed. Hakkpuidu kasutamisel jäävad saastetasud alla 2000 euro aastas, samas põlevkiviõli kasutamisel ulatuvad saastetasud ligi 8000 euroni aastas. Kuna põlevkiviõli põletamise puhul tuleb maksta CO2 saastetasu, siis ainuüksi see ulatub arvutuste järgi 4880,37 euroni aastas. Keskkonnakaitseliste aspektide analüüsi käigus selgus, et ühendeid, mis põhjustavad happevihmasid (SO2, NOx) ja annavad oma panuse globaalsele soojenemisele (CO2), eraldub hakkpuidu põletamisel palju vähem. Hakkpuidu põletamise ainukesed halvad küljed on seotud rohke vingugaasi ja tahkete osakeste eritumisega (peetakse silmas PM2,5), samuti on lenduvate orgaaniliste ühendite kogus suurem kui põlevkiviõli puhul. Need ühendid on kahjulikud tervisele ning võivad avalduda hingamisteede probleemidena, kuid tegemist on lokaalse probleemiga ning elukeskkonnale nad otsest kahju ei põhjusta. Samas leidub põlevkiviõlis hulganisti fenoole, mis on kahjulikud nii keskkonnale kui ka inimtervisele. Lõputöös tehtud järelduste põhjal soovitatakse jätkata hakkpuidu kasutamist Võhma katlamajas, kuna hakkpuit on palju soodsam kui põlevkiviõli, samuti vähenevad saastetasud ning negatiivne mõju keskkonnale on väiksem. Soovitatakse säilitada olemasolev põlevkiviõlikatel (3 MW) ning pakkuda võimalik lahendus kahe 1000 kW hakkpuidukatla paigaldamiseks tulevikus. Amortiseerunud torustik tuleks välja vahetada, et väheneksid võrgukaod.

Energy is the source of life. In order to get energy we have to work or burn fuel. Over the centuries the amount of people has increased ja because of that the need for energy has also increased. Fossil fuels were used during the period of the Estonian SSR. The reason was related to the economic model stucture of the USSR. Climate change and greenhouse effect are directly connected with the burning of fossil fuels. For now we have begun looking for alternatives, which could replace fossil fuels and are environmentally friendly and cheaper. One of the possibilities is to use biofuels. The most common biofuel in Estonia is chopped wood. The aim of the thesis is to research and explain the advantages of using chopped wood in Võhma boiler house over previously used shale oil. The thesis gives an overview of biofuels and their types, highlights the aspects of environmental protection and economy, provides an overview of the functioning of heat economy in Võhma, introduces renovated Võhma boiler house and the transition to chopped wood, gives an overview of boilers and their technical specifications used in Võhma boiler house and the indicators of the boiler house. In order to reach the aim of the thesis several analysis and calculations have been made. In order to find the advantages of using chopped wood the duration of thermal load of Võhma boiler house is being analysed, as well as the prices of energy of fuels, pollution charges and the amount of pollutants. Based on the aim of the thesis following conclusions can be made: chopped wood is renewable energy source; the wood chip boiler used in Võhma is 3 MW, but for optimal performance half of that power should be enough (higher efficiency factor, lower amortisation, cost savings); the price of the energy in chopped wood has always been lower than in shale oil during six years (the highest price ratio has been threefold); using chopped wood as a fuel the ambient air pollution charges will reduce significantly (almost by 6000 euros per year); chopped wood contributes to potential acid rains much less than shale oil; the contribution to greenhouse effect is lower when burning chopped wood, instead of shale oil; when chopped wood is burned, some local problems may emerge such as particulate matter (PM2,5), carbon monoxide, volatile organic compounds, although it is not a global problem (based on legislative acts), but these compunds can be potentially hazardous to human health; unlike shale oil, phenols are not a problem when it comes to chopped wood, phenols are hazardous to environment (especially to aquatic environment) as well as to health. Based on the conclusions made in the thesis the continued usage of chopped wood is recommended in Võhma boiler house, that is because it is much cheaper than shale oil, also the pollution charges will reduce and the negative impact to environment is smaller. The preservation of current shale oil boiler (3 MW) is recommended and a solution of two 1000 kW wood chip boilers installation is offered in the future. The pipeline which has been depreciated, should be replaced to reduce the network losses. The following aspects such as the duration of thermal load and the experiences of heating company got from interviews were taken into account when offering a solution for boilers. The new biofuel boiler is not needed before the current one depreciates. When it comes to procurement a new solution, the reduced consumption volume should be taken into account. At the current consumption volume the most suitable solution could be two wood chip boilers with the power of 1000 kW. In addition to offered solution, the current 3 MW oil shale boiler should be preserved. In case of accidents or failures, this boiler can be used so that consumers would always be supplied with heat. The boiler is also needed for covering the peak load requirements.