Biokütuste masside ja tuha koostise võrdlus Tallinna elektrijaama näitel

Esimeses peatükis käsitleti lõputööks vajalikke teoreetilisi seisukohti (biokütuste määratlus, liigid ja omadused). Anti ülevaade biokütuste põletamiseks sobivatest põletustehnoloogiatest ja nende erisustest. Leiti materjale erinevate biokütuste liikide tuhkade keemilise koostise kohta, mis said aluseks ja võrdlusmaterjaliks Tallinna elektrijaama tegevuse analüüsil. Iseloomustati Tallinna elektrijaama Väo I ja Väo II koostootmisjaama. Tallinna elektrijaamas kasutatakse kütuseks hakkepuitu ja freesturvast. Turvast kasutatakse ainult kütteperioodidel. Kütteperioodidel on kütuse hulgad suuremad kui neil perioodidel, kus päevase temperatuuri keskmine ületab juba 12 °C. Biokütuste koguste, energia hulkade ja välistemperatuuride vastatastikuste sõltuvuste selgitamiseks kasutati algmaterjali hankimiseks intervjuud Tallinna elektrijaama juhatuse esimehega. Töö käigus esitati korduvalt ka täiendavaid küsimusi vajalike andmete saamiseks Tallinna elektrijaamast ning temperatuuride näitude otsimist EMHI näitude kogudest. Freesturba kasutus tuleneb majanduslikust otstarbekusest. Turba ja puitkütuse energeetiline väärtus on väga sarnane, kuid nende hinnavahe on suur. Seetõttu kasutatakse turvast kütteperioodidel enam. Turba kogused, mida lisatakse kütteperioodidel sõltuvad nii turba hinnast kui välistemperatuuridest. Mida madalamad on välistemperatuurid, seda rohkem kasutatakse freesturvast kütuses. Kütuste koguste suurenemise üheks teguriks võib olla ka see, et keskkütte tarbijate arv on suurenenud. 2017 aastal on biokütuse kasutus suurenenud klimaatilistel põhjustel-pikk kütteperiood. Turba koguse suurenemine ja EMHI andmed põhjendavad seda töös. Biokütuse tuhas leidub palju väärtuslike elemente, mida saab kasutada põldudel põllumaa väärindamisel. Tuha koostises olevate elementide sisaldust biokütuste korral mõjutab turba protsent. Turbas leidub palju elemente, mis võivad keskkonda negatiivselt mõjutada. Turbas leidub raskemetalle ja ohtlike mittemetalle, mis mõjutavad põldudel kasvatavaid taimi erinevatel viisidel, mõjutades nende kasvu ja võimekust fotosünteesida. Raskemetallide esinemise tõttu tuhas tuleb teha tuhaanalüüse, et määrata nende kogused selles. Tuha analüüsid tehti tuha tarbija tellimusel ja neid andmeid kasutatakse antud töös. Tuhas olevad raskemetallide kogused ei tohi ületada ’’Pinnases ja põhjavees ohtlike ainete sisalduse piirnormid’’ seaduses määratud suurusi. Piirnormide ületamisel võivad raskemetallid taimedele mõju avalduda, ning läbi taimede edasi keskkonnas ringlusesse sattuda, millised mõjud esinevad erinevate mineraalide korral on töös käsitletud. Erinevatel raskemetallidel on erinev piirnorm, kuna nende võime mõjutada keskkonda on erinev. Näitena võrdluseks vaadeldakse kui kõige drastilisemat elavhõbeda ja tsingi mõju. Mõlemat raskemetalli leidus tuhas. Tsingi määratud piirnorm on 500 mg/kg kohta ja elavhõbeda määratud piirnorm on 2 mg/kg kohta. Analüüsitud tuhas määratud tsingi kogus oli 462 mg/kg kohta ja elavhõbeda kogus 0,062 mg/kg kohta. Mõlema raskemetalli kogus jääb alla piirnormi, kuid mõlema raskemetalli kogus on arvestav. Võib oletatada, et nende mõju on keskkonnale ulatuslik, kuid jääb piirnormide sisse. Tallinna elektrijaamas toodetakse elektrienergiat ja soojusenergiat. Toodetud soojusenergia läheb kaugküttevõrku ja elektrienergia läheb Eleringi võrku. Energia tootmisel andmetest nähtub, et see on iga aastaga suurenenud. Tootmise suurenemise põhjuseks võib pidada keskkütte tarbijate arvu suurenemist. Tootmises on ka nähtav kliima mõju eri aastatel. Aastal 2017 oli kütteperiood pikem, kuna keskmised temperatuurid olid veel ka aprillikuus alla 12 °C. Selle tõttu toodeti aastal 2017 Väo I koostootmisjaamas ka rohkem soojusenergiat. Aastal 2018 oli soojusenergia tootmine madalam kui 2017. aastal. Selle põhjuseks on, et aastal 2018 oli Väo II koostootmisjaam saavutanud suurema tootlikkuse, ning Väo I koostootmisjaam sai toota stabiilsematel parameetritel. Töö koostamine autori hinnangul oli huvitav.

The following thesis ’’Analysis of biofuel masses and biofuel ash composition on the example of Tallinn Power Plant’’ is about the amounts of biofuel the named power plant uses and what is the chemical composition of the biofuel ash. The first chapter of the thesis discusses the needed theoretical standpoints (definiton, types and properties of biofuels). Additionally there is given an overview of combustion tehnologies suitable for burning biofuels at Tallinn Power Plant and the specification of the combustion technologies. Besides the biofuel masses and combustion tehnologies there is an analysis of different biofuels ash by their chemical composition that are in turn compared to Tallinn Power Plants own fuel ash analysis. The purpose of this thesis is to determine the amounts of biofuels that Tallinn Power Plant uses and analyse the amounts of energy produced in that perticular power plant. In addition - analyze the chemical composition of biofuel ash and decide whether or not it is safe to use in our environment. Tallinn Power Plant consists of two cogeneration plants - Väo I and Väo II. Väo I was launched in 2009 and Väo II was launced in 2016. Both power plants operate on biofuels. The methods to research the information were by gathering information through an interview and additional information was gathered by different data requests. The results make out that the biofuels which are used in Tallinn Power Plant are woodchips and milling peat. Consumption of said fuel types increases when the central heating period is longer than usual. Milling peat is used only on central heating periods. The central heating period is when the outer average temperature is lower than 12 °C. For example the central heating period in year 2017 was longer than usual and the usage of biofuels were increased due the lower temperatures in 2017. Especially the amounts of milling peat increased because it is cheaper and has almost the same calorific value as woodchips. The increase in biofuels also shows that consumption has increased over the years. Biofuel ash has alot of different chemical components because of the milling peat. Most valuable components in biofuel are potassium, nitrogen and phosporous compounds. These compounds are widely used in fertilizers as well. Adding milling peat to the biofuel adds heavy metals to the biofuel ash. The most common heavy metals in milling peat are zinc, copper, chromium, lead and cadmium. These heavy metals are dangerous in larger amounts to the environment. This means that we need to analyse the biofuel ash before we use it. Otherwise these heavy metals weill be released to the environment. Tallinn Power Plant fuel ash consists of different heavy metals and dangerous non-metallic compounds. The biofuel has most compounds of zinc in the ash but the amounts of these components are slightly below the acceptable limit. Different dangerous compounds have different regulated amounts. For example - the regulated amount of zinc in the soil is 500 mg/kg and the value of zinc in Tallinn Power Plants ash is 462 mg/kg. In comparison - the amount of mercury found in the Tallinn Power Plants biofuel ash is 0,062 mg/kg and the regualted limit for mercury is 2 mg/kg. The regulated amount of this heavy metal is 250 times lower than zinc which clearly indicates that mercurys impact on the environment is much higher in comparrison to zinc. Tallinn Power Plant generates heat and electricity. The heat goes to the central heating network and electricity goes to Elerings electricity grid. Over the years heat and eletricity production has increased due to the fact that consumption has increased aswell. There are climate effects in heat production where as in 2017 heat production had increased because of the lower temperatures in April of that year. In 2018 the production of heat was lower than in the year 2017. The lower production may be due to Väo II cogeneration plant reaching a higher working productivity because it was launched in 2016.