Sähköenergiaa pelleteistä: onko se todella mahdollista?
Kyllä, sähköenergian tuottaminen pelletistä on mahdollista, mutta ei perinteisellä pellettikiukaalla tai -kattilalla.
Tavalliset pellettilaitteet kuluttavat sähköenergiaa puhaltimien, ruuvikuljettimien ja sytytysjärjestelmien käyttöön, mutta niitä ei ole suunniteltu sitä tuottamaan. Sähkön saamiseksi biomassasta tarvitaan muuntoteknologia, joka pystyy muuttamaan palamisen tuottaman lämmön sähköenergiaksi.
Tämä on pelletin mikroyhteistuotannon perusperiaate: teknologia, joka mahdollistaa lämmön ja sähköenergian samanaikaisen tuottamisen yhdestä ainoasta energialähteestä.
Miksi pellettikiuas ei tuota sähköä
Pelletin palaminen tuottaa lämpöenergiaa, ei sähkövirtaa. Lämmön muuttaminen sähköksi vaatii lisävaiheen:
- biomassan palaminen;
- lämmön muuntaminen mekaaniseksi tai suoraan sähköiseksi energiaksi;
- käyttökelpoisen sähköenergian tuottaminen.
Perinteinen kiuas tai kattila pysähtyy ensimmäiseen vaiheeseen: lämpöä käytetään lämmitysjärjestelmän veden tai asuintilojen lämmittämiseen.
Nykyään saatavilla olevat pelletin mikroyhteistuotantoteknologiat
Tällä hetkellä on olemassa useita teknologisia ratkaisuja sähköenergian tuottamiseksi pelletistä tai muusta kiinteästä biomassasta. Kullakin on erilaiset ominaisuudet suorituskyvyn, hyötysuhteen, laitteiston monimutkaisuuden ja käytön joustavuuden osalta.
1. Suoraan pelletin palamisella käytettävä Stirling-moottori
Stirling-moottori on ulkoisella palamisella toimiva moottori, joka hyödyntää kuuman ja kylmän lähteen välistä lämpötilaeroa mekaanisen liikkeen ja siten sähköenergian tuottamiseksi. Tässä kokoonpanossa moottorin tarvitsema lämpö saadaan suoraan pelletin palamisesta. Tämä periaate on käytössä eräässä eurooppalaisessa ratkaisussa, joka on ollut markkinoilla vuodesta 2015.
Stirling-moottorin toimintaperiaatteesta löydät lisätietoa aiheelle omistetusta artikkelista.
2. Kaasutus polttomoottorilla
Tässä teknologiassa biomassaa ei polteta suoraan. Polttoaine muutetaan ensin synteesikaasuksi pyrolyysi- ja kaasutusprosessilla. Tuotettu kaasu jäähdytetään ja puhdistetaan, minkä jälkeen sitä käytetään sähkögeneraattoriin kytketyn polttomoottorin käyttöön.
Tätä ratkaisua käytetään pääasiassa suuremmissa laitoksissa, yleensä noin 20 kWe:stä ylöspäin, minkä vuoksi se soveltuu heikommin pienitehoisiin kotitalouslaitoksiin.
3. Kaasutus Stirling-moottorilla
Tätä teknologiaa käyttää BioGS-1.0. Myös tässä biomassa muutetaan ensin synteesikaasuksi kaasutuksella. Synteesikaasu poltetaan sen jälkeen erillisessä kammiossa, joka tuottaa Stirling-moottorin tarvitseman lämmön.
Verrattuna pelletin suoraan palamiseen tällä lähestymistavalla on useita etuja:
- korkeammat palamislämpötilat;
- parempi sähköksi muuntamisen hyötysuhde;
- pienemmät päästöt;
- parempi prosessin hallinta;
- suurempi joustavuus käytettävän biomassan tyypin suhteen.
Kaasutusvaiheen ja energianmuunnosvaiheen erottaminen toisistaan mahdollistaa myös polttoaineen tehokkaamman hallinnan.
Vakiokokoonpanossa BioGS-1.0 tuottaa 24 kWh sähköenergiaa ja 140 kWh lämpöenergiaa päivässä, kuluttaen noin 1,9 kg/h pellettiä (tai vastaavaa biomassaa) ja tuottaen biohiiltä 220-240 g/h.
4. Seebeck-ilmiöön perustuvat termosähköiset generaattorit
Seebeck-ilmiö mahdollistaa lämpötilaeron muuttamisen suoraan sähkövirraksi ilman moottoreita tai liikkuvia mekaanisia osia. Kyseessä on todellinen ja vakiintunut teknologia, jota käytetään:
- itsenäisissä antureissa;
- kannettavissa laitteissa;
- hyvin pienitehoisissa sovelluksissa.
Kotitalouksien mikroyhteistuotannossa se on kuitenkin vielä kokeellinen ratkaisu, pääasiassa Stirling-moottoriin tai kaasutukseen perustuviin teknologioihin verrattuna rajallisen muunnoshyötysuhteen vuoksi.
Mitkä teknologiat ovat nykyään kypsimpiä?
Asuinrakennusten ja pienimuotoisen yhteistuotannon alalla teknologisesti vakiintuneimpia ratkaisuja ovat Stirling-moottoriin perustuvat järjestelmät. Rakenteellinen yksinkertaisuus, vähäinen huoltotarve ja luotettavuus jatkuvassa käytössä ovat edistäneet niiden yleistymistä muihin teknologioihin verrattuna.
Pääasiallinen ero koskee sen sijaan käytettyä lämmönlähdettä:
- pelletin suora palaminen;
- biomassan kaasutus, jota seuraa synteesikaasun palaminen.
Kaasutus vai suora palaminen: mitä eroja?
Molemmat lähestymistavat mahdollistavat lämpö- ja sähköenergian samanaikaisen tuottamisen, mutta niillä on erilaiset ominaisuudet.
Suurempi joustavuus biomassan valinnassa
Kaasutus mahdollistaa laajemman polttoainevalikoiman käytön verrattuna järjestelmiin, jotka vaativat sertifioitua pellettiä. Tämä voi alentaa käyttökustannuksia ja lisätä polttoaineen saatavuutta.
Biohiilen tuotanto
Yksi kaasutuksen kiinnostavimmista eduista on biohiilen tuotanto. Biohiili on vakaa kasviperäinen hiili, jota voidaan hyödyntää maanparannusaineena ja hiilen sitomisvälineenä. Suoraa palamista käyttävissä järjestelmissä tätä sivutuotetta ei synny.
Mahdollisesti hiilinegatiivinen tase
Osa biomassan sisältämästä hiilestä sitoutuu biohiileen sen sijaan, että se palaisi ilmakehään. Tästä syystä kaasutukseen perustuva järjestelmä voi saavuttaa hiilinegatiivisen taseen, kun koko kierto hoidetaan kestävästi.
Yhteenveto
Sähköenergian tuottaminen pelletistä on teknisesti mahdollista mikroyhteistuotantojärjestelmien ansiosta. Nykyään saatavilla oleviin teknologioihin kuuluvat suoraan pelletin palamisella käytettävät Stirling-moottorit, kaasutukseen ja polttomoottoriin perustuvat järjestelmät, kaasutus Stirling-moottorilla sekä Seebeck-ilmiöön perustuvat termosähköiset generaattorit. Näistä Stirling-moottoriin perustuvat ratkaisut edustavat nykyään pienimuotoisen yhteistuotannon vertailukohtaa, kun taas kaasutus tuo lisäetuja, kuten joustavuuden biomassan käytössä, biohiilen tuotannon ja mahdollisen hiilinegatiivisen taseen.
Lisätietoja mitoituksesta, omavaraisuudesta ja asennuksesta löydät myös aiheelle omistetulta usein kysytyt kysymykset -sivulta.