Vedeldade pannor och lokeldstäder Programkonferens Växjö 20-21 september 2009
Inledning Magnus Davidsson SBBA Swedish Boilers and Burners Association www.sbba.se Brasvärmeföreningen www.brasvarmeforeningen.se
Vedeldade pannor och lokaleldstäder Frågeställningar: Vilka kommer de nya EU-kraven för pellets /vedpannor och kaminer att vara och hur kan vi föra fram svenska synpunkter på dessa krav? Hur kan vi hitta bättre och mer (EU)-enhetliga metoder för bestämning av verkningsgrad och förlustposter? Vid hur låg effekt kan man elda en vedpanna, kan man elda motsvarande husets momentana värmebehov? Hur påverkar konsumentens handhavande utsläpp från braskaminer, hur skiljer sig ny och gammal teknik med avseende på utsläpp? Vilka tekniska fördelar, möjligheter och hinder finns att introducera en ny bränslestorlek Styckeved? Viktigt att föra ut kunskap till konstruktörer, branschen etc. kring tekniker för hur man kan minska partikelutsläpp och lagstiftning etc.
Delprojekt Bevakning av EU-krav och standardisering (Lennart Gustavsson SP) Bestämning av verkningsgrad och förlustposter metodförbättringar (Lennart Gustavsson SP) Konstruktiva förbättringar och begränsningar för miljövänlig direkteldad vedpanna (Hassan Salman ETC) Inverkan av teknik och handhavande på emissionsprestanda för moderna vedeldade lokaleldstäder (Henrik Winnikka ETC) Styckevedsprojektet (Jan-Erik Mattsson SLU) Utbildningsinsats Minimering av partikelutsläpp (Marie Rönnbäck SP)
Sammanfattning och reflektion Vilka, för vedeldad utrustning relevanta, områden hanterar vi Partikelutsläpp Designens betydelse Handhavandets betydelse Ny mätteknik Energieffektivitet Vilka områden hanterar vi inte Partikelutsläpp Studier av teknologi i verkligheten Energieffektivitet - Lagkrav och andra krav Lokala krav Ny teknologi Lagkrav och andra krav EU / Ecodesign Behov av nya standardmetoder
Bevakning av och deltagande i EU:s förstudie angående framtida miljökrav för småskalig förbränningsutrustning för biobränsle dvs. EUP Lot 15 Lennart Gustavsson SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut Småskalig värmeförsörjning med biobränslen 20-21 oktober 2009, Växjö
Vad är EcoDesign-direktivet? - Direktivet, 2005/32/EC, är ett ramdirektiv för att fastställa krav på ekodesign för energianvändande produkter (Energy-using products (EuP)) - Huvudtanken: att optimera produkternas totala miljöprestanda över hela livslängden - Kraftfullt bidra till en minskad energianvändning, särskilt el, och därmed minska utsläppen av växthusgaser - Genom gemensam lagstiftning undvika handelshinder och förbättra den inre marknadens funktion
EcoDesign-processen - Identifiering av EuP med kriteriet att minst 200 000 enheter säljs per år inom EU (totalt ca 600 st) - Förstudier, s.k. Preparatory studies, för ca 30 st Priority EuPs som görs av konsulter. Alla intressenter inbjuds att delta I processen. Innehåller förslag till genomförandeåtgärder. - Kommissionsförslag samt Consultation Forum för medlemsstaterna. Tillsammans med Impact assessement utgör resultatet av Consultation Forum underlag för slutligt förslag. - Beslut om genomförandeåtgärder i EU-parlamentet.
Lot 15 Solid Fuel Small Combustion Installations - Förstudien utförs av Bio Intelligence Service (FR) i samarbete med AEA Technology and Environment (UK) och Silesian University of Technology (PL) - Produktområde: http://www.ecosolidfuel.org/docs/bio_eup_lot%2015_task1_v 4_200906.pdf
Metodik i förstudien - MEEUP
Utmaningar på vägen Målet: Att uppskatta hur mycket miljöpåverkan i Europa totalt kan minskas genom rimliga lagstiftnings- och incitamentsåtgärder Frågor: - Hur gruppera den stora produktfloran?? - Hur många enheter av varje typ finns i drift och hur många säljs det?? - Hur lång livslängd är rimligt att anta?? - Vilka emissionsnivåer är rimligt att anta?? - Hur många timmar per år används de olika produkttyperna?? - Hur eldar man och med vilken typ av bränsle??
Målsättning - Att se till att svensk industri och svenska myndigheter informeras tidigt och ges tillfälle att påverka arbetet med ta fram förslag till genomförandeåtgärder för EU:s Ecodesign-direktiv inom området Solid Fuel Small Combustion Installations - Att se till att relevant information om svenska förhållanden (teknik, marknad, lagstiftning etc.) tillförs studien - Att se till att svenska intressenter får tidig och relevant information om förslag till genomförandeåtgärder - Att aktivt delta i Stakeholder meetings inom förstudien
Arbetssätt i projektet - Fakta för svenska förhållanden tillförs konsultgruppen med hjälp av underlag från branschföreningar - Granskning av och synpunkter på delrapporter och annat skriftligt material, både formellt och underhand - Deltagande i Stakeholder s Meetings, Expert Meetings etc. - Arbetsmöten med branschföreningar (SBBA, Brasvärmeför.) - Kunskapsspridning om förstudien vid seminarier, branschmöten etc.)
Stakeholder s Meetings - First general stakeholder meeting, 3th March 2008: - omfattning och produktdefinitioner - preliminära data för marknads-, kund- och infrastrukturanalys - Interim stakeholder meeting, 18th December 2008: - rev. av d:o, rapport om teknisk analys av dagens produkter - förslag till base cases, upplägg av teknisk analys av BAT samt analys av förbättringspotential - Final stakeholder meeting, 13th July 2009: - preliminära rapporter för base cases, upplägg av teknisk analys av BAT samt analys av förbättringspotential
Redovisning juli 2009 http://www.ecosolidfuel.org/docs/stakeholder_final_pres.pdf
Status oktober 2009 - Utkast till delrapporter för base cases, teknisk analys av BAT samt analys av förbättringspotential presenterades i juli - Ofärdigt material som mötte mycket kritik på mötet - Efterföljande uppstädning i presentationsmaterialet klarlägger en del strukturer - Nytt, mycket förbättrat förslag till Base Cases behandlas vid Stakeholder consultation meeting i november
Nytt förslag till Base cases http://www.ecosolidfuel.org/docs/base-case_definition_v2.pdf
Projektets fortsättning - Stakeholder consultation meeting i november 2009: - to further explain and clarify the life cycle analysis and the base cases - to gain further acceptance from the industry and experts - for final comments, feedback and discussions on the information used for Tasks 5-7 - Branschmöten som förberedelse för detta, för granskning av resterande rapporter samt förslag till genomförandeåtgärder - Möjligen kommer Lot 15 att delas upp i en del för lokaleldstäder och en för fastbränsleeldade pannor som samordnas med Lot 1, (olje-, gaseldade pannor, elpannor samt vp- och solsystem)
Bestämning av verkningsgrad och förlustposter för biobränslepannor - metodförbättringar Lennart Gustavsson. Mathias Johansson, Henrik Persson och Marie Rönnbäck SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut Småskalig värmeförsörjning med biobränslen 20-21 oktober 2009, Växjö
Varför behövs detta? Allt högre krav på verkningsgraden ställs i lagstiftning och/eller incitamentsprogram i olika länder Implementering av ekodesigndirektivet kommer att ställa gemensamma höga krav på verkningsgrad Dagens metoder otillfredsställande i fråga om noggrannhet och reproducerbarhet då kraven skärps Systematiska skillnader i resultat mellan olika provningslaboratorier??
Alternativa metoder Direkt bestämning av nyttiggjord energi, t.ex. i värmevattnet Indirekt bestämning av samtliga förluster: Termiska rökgasförluster Förluster i oförbränt i rökgaserna Askförluster Strålnings- och konvektionsförluster Genomströmningsförluster I båda fallen divideras med tillförd energi
Knäckfrågorna Energibalansen!! Restposten blir ibland orimligt stor. Strålnings- och konvektionsförluster samt genomströmningsförluster svåra att mäta separat eftersom inget eller endast svagt strömmande medium finns att mäta på. Anses ofta därför vara lika med restposten i energibalansen. Definition av utvärderingsperiod: bränsleförbrukning/tidsenhet, luftöverskott, kvarvarande bränslemängd, okulär bild av förbränningen eller vad???
Konsekvenser Säkerheten i data för verkningsgrad kan kanske ifrågasättas, otillfredsställande spec. när kraven höjs Svårt att optimera pannkonstruktioner på ett effektivt sätt p.g.a. osäkerheten i de olika förlustposterna Risk för att strävan att minska de termiska rökgasförlusterna leder till: - ofullständig förbränning vid lågt luftöverskott - kondens och korrosion i skorstenen vid låg rökgastemperatur - temperaturhöjningar bakåt i pelletsbrännare - högt tryckfall över pannan, dvs stora krav på skorstensdrag
Målsättning Att jämföra olika metoder för att bestämma verkningsgraden och för att beräkna rökgasförlusterna och värdera dessa. Att ta fram relevanta värden på strålnings-, konvektions- och genomströmningsförluster för två typ-produkter. Detta görs i s.k. kalorimeterrum. Att studera inverkan på verkningsgraden av några typiska åtgärder för optimering, t.ex. ökning av värmeöverföringen i konvektionsdelen samt ökning av isoleringsgraden för heta ytor.
Status oktober 2009 Teoretiska studier klara Experimentella metodjämförelser under oktober december 2009 Mätning av strålnings-, konvektions- och genomströmningsförluster under januari februari 2010 Optimeringsstudier under mars april 2010 Utvärdering och metodrekommendationer under maj juni 2010
Konstruktiva förbättringar och begränsningar för miljövänlig direkteldad vedpanna Hassan Salman Programkonferens och seminarium för småskalig värmeförsörjning Växjö 20-21 oktober 2009 Energy Technology Centre
Syfte 1. Finns det beskrivet i litteraturen vilka förutsättningarna är för att möjliggöra eldning vid låg effekt i vedeldade förbränningsutrustningar med låga utsläpp? En litteraturstudie skall göras. 2. Experimentellt fastställa den lägsta effekt som en prototypkonstruktion kan eldas kontinuerligt med vid utsläpp motsvarande god pelletseldning. Konstruktion av en optimal prototyp baserad på teoretiska och praktiska erfarenheter som parterna i projektet sitter på som ska byggas och testas. Partner: ETC SP Baxi AB Vedosol AB Nedskalning Energy Technology Centre
Steg 1: Teoretisk förstudie Utfört av: Lennart Gustavsson och Daniel Bäckström, SP MÅL: förutsättningar och begränsningar för att upprätthålla en förbränningsprocess med någon slags styckeved vid en effekt av några få kw med låga utsläpp praktiska erfarenheter av utformning av förbränningsrum med detta syfte ev. andra produkttyper på marknaden där idéer kan hämtas Energy Technology Centre
De tre viktigaste faktorerna för en bra förbränning Temperature Turbulence Time Hög temperatur krävs för att förbränningsreaktionerna skall reagera tillräckligt snabbt En god omblandning av luft och bränsle krävs för att allt bränsle skall förbrännas En tilräckligt lång uppehållstid för förbränningsgaserna vid en hög temperatur krävs för att förbrännignsreaktionerna skall hinna reagera fullt Energy Technology Centre
Vilka problem uppstår vid minskad effekt Låg effekt kräver liten vedmängd som brinner samtidigt, vilket är svårt att kontrollera Låg effekt ger lägre förbränningstemperatur i samma förbränningsrum Låg effekt ger mindre gasflöden och därmed lägre hastigheter, dvs sämre omblandning mellan primärgaser och luft Låg effekt ger alltså normalt högre utsläpp och sämre stabilitet Energy Technology Centre
Erfarenhet från Europa Kombinerad Ved-pellets panna Energy Technology Centre
Vad krävs för att lösa problemen? En storlek och utformning av vedmagasin, roster och gasförbränningsrum så att en stabil, kontrollerad förbränning kan upprätthållas vid några få kw En utformning av lufttillförseln som möjliggör bra inblandning i förbränningsgaserna även vid låga flöden En kontinuerlig reglering av luftmängder i förhållande till effektbehovet Energy Technology Centre
Fokus #1: Sambandet rosteryta - effektavgivning I en större rostpanna är bränslet och lufttillförseln jämnt utspridd över rosterytan, och rostens storlek dimensioneras mot en önskad belastning i kw/m 2 I en vedpanna finns oftast endast en enda rosterspalt, dvs randeffekter blir väsentliga vid dimensioneringen Kan effektavgivningen påverkas via rosteröppningens storlek? Kan rosteröppningens storlek regleras beroende på effektbehov? Energy Technology Centre
Fokus #2: Primärlufttillförsel I en större rostpanna styrs oftast effektavgivningen med mängden primärluft Kan detta göras också i en vedpanna? Ja, jfr den gamla dragregulatorn i en överförbränningspanna! Kan placeringen av primärlufttillförseln styra hur stor vedmängd som brinner samtidigt? Energy Technology Centre
Fokus #3: Kontinuerlig reglering Troligen ett nödvändigt villkor för att upprätthålla stabil förbränning vid låg effekt Målet: att upprätthålla rimligt luftöverskott och god utbränning vid varierande laster Tänkbara insignaler: * temperaturer eller d:o differenser *luftöverskott och/eller halt av oförbränt i rökgaserna (CO) Styrda parametrar: *mängd och fördelning av primär- resp. sekundärluft Energy Technology Centre
Fokus #4: Bränslet Normal styckeved för stor för att effekten skall kunna regleras ned på ett bra sätt? Risk för genombränningar och hängningar pga längd/tvärsnitts-förhållandet Fungerar kubb (dvs. korta bitar, 10-20 cm) bättre? Är detta i så fall realistiskt om bra resultat på låglast därmed kan åstadkommas? Energy Technology Centre
Fokus #5: Modellering CFD-modellering idag ett fungerande verktyg för geometrisk och termisk utformning av större pannor I simulering av småpannor fås en kraftig inverkan av randvillkor som påverkar resultaten signifikant. Begränsad tillförlitlighet i modelleringsresultaten pga av detta. MEN: modellering kan ge bra kvalitativa jämförelser mellan olika alternativa utföranden! OM: den som modellerar har gedigen erfarenhet av att tolka resultat från modellering! Energy Technology Centre
Förstudiens resultat Modeller för bäddförbränning av biobränsle finns men svåra (omöjliga?) att tillämpa på styckeved i småpannor Problematiken rosteryta effektavgivning stora randeffekter i små pannor ej undersökt systematiskt Teknik för kontinuerlig reglering av luftöverskott och utbränningsgrad (dvs. luftflöden) under stark utveckling och visar lovande resultat Något enstaka exempel på produkter med syfte att nå låga effekter med låga utsläpp Energy Technology Centre
FÖRSÖK till STRATEGI (iterativ?) Utgå från en existerande panna med stabil förbränningsprocess och låga utsläpp. Skala ned roster, slutförbränningszon så att den nominella effekten blir det som maximalt behövs vid direkteldning Utforma tillförseln av förbränningsluft så att endast en liten mängd ved brinner samtidigt Implementera kontinuerlig reglering av luftflöden efter momentant effektbehov. Optimera blandning av sekundärluft och förbränningsgaser så att god utbränning fås även vid låga flöden Energy Technology Centre
Inverkan av teknik och handhavande på emissions prestanda för moderna vedeldade lokaleldstäder Henrik Wiinikka och Rikard Öhman Energitekniskt centrum i Piteå 1
Inledning Intresset för att installera olika typer av moderna eldstäder har ökat på senare år Parallellt med detta pågår en debatt kring den småskaliga vedeldningens påverkan på luftkvaliteten För vedkaminer finns det stora osäkerheter vad gäller utsläppen (oförbrända gaser och partiklar) som funktion av anläggningstyp, och funktion vid verklig användning Det finns en almänn uppfattning att dessa anläggningar (i likhet med övrig vedeldning) ofta eldas under ineffektiva förhållanden => höga utsläpp => Skepticism hos myndigheterna för denna vedeldningsteknik i större skala Energitekniskt centrum i Piteå 2
Målsättning Förbättra kunskapsläget vad gäller emissioner från olika typer av lokaleldstäder m a p typiska emissionsnivåer och variationer under normala och varierande driftbetingelser och på så sätt förbättra underlaget för olika tekniska och miljömässiga bedömningar Specifika delsyften (i) Bestämma emissionsprestanda och utsläppsnivåer vid normal rekommenderad eldning för moderna och äldre vedkaminer (ii) Bestämma olika typiska anläggningars funktion, prestanda och känslighet vid varierande driftbetingelser och effektuttag (iii) Applicera en AMS (Aerosol Mass Spektrometer) för att få information om den kemiska sammansättningen av partiklar i rökgaserna Energitekniskt centrum i Piteå 3
Kaminer Moderna kaminer Traditionella kaminer Energitekniskt centrum i Piteå 4
Försök och labbuppställning Försök Lufttilförsel (spjället) Vedfukten (10% och 25%) Vedmängden Vedstorleken Energitekniskt centrum i Piteå 5
Fortsatt arbete Utvärdering av förbränningstesterna Experiment med Aerosol Mass Spektometerns (AMS), Joakim Pagels, Lunds Universitet Energitekniskt centrum i Piteå 6
Styckeved lägesrapport 2009-10-20 Styckeved ett nytt sortiment Jan Erik Mattsson (jan.erik.mattsson@ltj.slu.se) Projektet drivs tillsammans med Jan-Erik Liss, Högskolan Dalarna Partner: Baxi och Ved och Sol Samarbete med ETC Direkteldad panna Förlängd tid till t.o.m. 2010 Styckeved (chunkwood) har 50-150 mm bitlängd och kan tillverkas på liknande sätt som bränsleflis. Jan Erik Mattsson SLU Alnarp Jan Erik Mattsson SLU Alnarp Projektets huvudpunkter Läget i projektet Några glimtar Eldningstest i befintliga vedpannor under 50 kw med olika bitlängd på styckeveden. Utvärdering av automatisk småskalig eldning (matning och förbränning). Utvärdering av torkning, lagring och hantering. Utvärdering av ett helt styckevedssystem från skog till värme. Påbörjat. Slutförs under vintern 2009-10. Har hittat en lovande panna som finns på marknaden. Uppdatering och värdering av tidigare forskningsresultat. Kritiskt är distribution av styckeved. Småskalig produktion av styckeved Storsäck för lagring, torkning och distribution Exempel på en liten panna som kan elda styckeved Jan Erik Mattsson SLU Alnarp Jan Erik Mattsson SLU Alnarp På marknaden finns redan en maskintyp för produktion av styckeved Här syns den minsta modellen av en skruvhugg/skruvskärare Maskinen är kompakt och har förvånansvärt hög kapacitet och den ger fin styckeved. Storsäck som hanteringsenhet Styckeveden kan flisas direkt i en storsäck för ved Storsäcken kan också vara enheten för lagring, torkning och distribution Skruvhugg Kopo/Sasmo/Laimet Jan Erik Mattsson SLU Alnarp Jan Erik Mattsson SLU Alnarp 1
Småskalig eldning av styckeved Det finns minst en panna på marknaden, REFO, som kan elda styckeved. Storlek: 30, 40, 50, 80 resp 120 kw panneffekt. Ingen revolutionerande teknik, men den verkar vara genomtänkt. Omrörare i magasinet Jan Erik Mattsson SLU Alnarp Vad behövs för att styckeved ska slå igenom på marknaden? Följdfråga: Vilken marknad? Troligen de som tröttnat på arbetet med traditionell vedeldning Kanske de som tycker att pellets börjar bli för dyra Det behövs goda exempel på system som når ut till den potentiella markanden Det behövs några traditionella småskaliga vedhandlare som kompletterar sitt sortiment med styckeved Vi måste få ner behovet av hantering, t ex genom storsäckar som är hanteringsenhet direkt från tillverkning i/vid skogen och under lagring, torkning och distribution Jan Erik Mattsson SLU Alnarp 2
Utbildningsinsats: Partikelutsläpp från biobränsleförbränning Marie Rönnbäck, Linda Bäfver, Lennart Gustavsson SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut Budget: 200 000 Energimyndigheten Avslutat projekt Tre utbildningsdagar genomfördes våren 2009 Sammanlagt 43 personer närvarade, De flesta var tillverkare av pannor och kaminer villastorlek
Lektionspass Miljö och hälsoeffekter av olika typer av utsläpp Utsläppskraven i Sverige och övriga Europa, idag och i morgon Bildning av olika typer av utsläpp Partiklar, kolmonoxid, kolväten och kväveoxider Metoder för partikelmätning Demonstration av förbränningsteknik och stoftmätningsutrustning i Energitekniks laboratorium Primär reduktion av stoft Sekundär reduktion av stoft Gästföreläsare: Filtrering av partiklar Anders Flyckt SP Miljökvalitetsmål och miljökvalitetsnormer för utomhusluft Maria Ullerstam, Naturvårdsverket
Utbildningspärm En pärm med material delades ut till varje deltagare med: Information om kursen (inbjudan, deltagarlista, dagsprogram), utvärderingsenkät, anteckningssidor från varje lektionspass, gästföreläsarens föredrag, fördjupningsmaterial (ett urval huvudsakligen skrivet på svenska), bl.a. fanns kopior på aktuella artiklar från pressen en lista med referenser och tips på vidare läsning
Utvärdering Innehåll: 3,8 (skala 1-5) Svårighetsgrad: 2,0 (skala 1-3) Medelvärdet för det paktiska (lokal, bemötande, material etc) var 4,2. (skala 1-5) Deltagarna var mycket intresserade och aktiva. Stämningen var god och det övergripande intrycket var att de var nöjda med kursen och ser positivt på liknande aktiviteter i framtiden.