Volter omasähkövoimala

Volter puukaasuvoimalalla tuotetaan ympäristöystävällistä sähkö- ja lämpöenergiaa – Uuden indoor mallin sähköteho on 40kW mutta tehon kasvattamiseksi näitä mikrovoimaloita voidaan tarvittaessa liittää myös rinnakkain.

teksti: Pekka Hietala

Puun kaasutus

Puu kaasuuntuu korkeassa lämpötilassa, jos happea on tarjolla minimaalisesti.  Kaasuttamalla voidaan tuottaa polttomoottorin soveltuvaa polttoainetta ja kun moottori kytketään generaattoriin, saadaan sähköenergiaa. Myös prosessissa syntyvä lämpö voidaan hyödyntää.

Suomalainen Volter Oy on kehittänyt puuhakkeen kaasutusta ja kehittänyt siihen perustuvan voimalamallin, joka tuottaa sähköä ja lämpöä.

Puun kaasuttaminen, eli pyrolyysi oli jo entisaikojen ajoneuvojen häkäpöntöistä tuttu menetelmä, jossa kuitenkin tervapitoinen kaasu tukkeutti moottoria. Volter Oy:ssä kaasutustekniikkaa on kehitetty tuotekaasun laadun parantamiseksi. Ongelmallinen terva saadaan nykyään hajotettua pienemmiksi hiukkasiksi ja tuotekaasusta noin 17% on vetyä, 25% häkää ja 2% metaania. Prosessiin liitettävässä puhdistuslaitteessa tuotekaasusta voidaan lisäksi erotella noki ja hiili. Palaessaan tuotekaasun päästöt ovat vesihöyryä ja uusiutuvaan polttoaineeseen, eli puuhun sitoutunutta hiilidioksidia.

Moottorille soveltuva tuotekaasu

VTT tutki Volter voimalan tuotekaasun terva,– ja pääkomponenttien pitoisuuksia vuonna 2012. Tuloksissa mainittiin, että tuotekaasu on hyvin puhdasta ja kyseessä on ideaalisesti toimiva myötävirtakaasutin. Tervojen pitoisuudet ovat hyvin pieniä ja mikä tärkeintä naftaleenia raskaampia yhdisteitä ei kaasussa juurikaan ole.  Tehotasolla tai polttoaineella ei myöskään ollut mittausten perusteella vaikutusta tervapitoisuuteen.

Paras tuotekaasu syntyy hyvälaatuisesta ja kuivasta puuhakkeesta

Puukaasu CHP -voimala

Volter Oy:n pyrolyysiin perustuva haketoiminen CHP – voimala tuottaa sähköä 40kW ja lämpöä 100kW. Toimitusjohtaja Jarno Haapakosken mukaan tämä teholuokka soveltuu tyydyttämään esimerkiksi teollisuuskiinteistön, maatilan tai vaikkapa pientaloyhteisön sähkön ja lämmöntarpeen. Valtakunnanverkkoon liitettynä voimalan tuottamaa sähköä on mahdollista tuottaa myyntiin. Voimala voidaan tarvittaessa varustaa myös itsenäiseksi energiasaarekkeeksi.

Aluksi Volter Oy:n tuotekehityksessä keskityttiin erityisesti toimivaan tekniikkaan ja syntyi ensimmäinen voimalamalli joka pakattiin konttiin, joka on maisemoitavissa ympäristöönsä vaihtoehtoisilla verhousmateriaaleilla.

Voimala voidaan toimittaa valmiiseen rakennuskokonaisuuteen, perustettavaan energiaosuuskuntaan tai vaikkapa maatilalle. Kohteen rakennuksissa tulee olla vesikiertoinen lämmitysjärjestelmä.

Lämmönhyödyntämistä voidaan laajentaa pelkkien rakennusten lämmittämisestä vaikkapa hakkeen, tai maatiloilla viljan kuivaamiseen. Sähkö kannattaa hyödyntää omassa käytössä ja myydä ylimäärä valtakunnanverkkoon.

Jarno Haapakosken mukaan jo 80% Volter -voimaloista menee vientiin. Konttivoimalaitokset tuottivat huomattavia kuljetuskustannuksia kokonsa vuoksi ja lisäksi tarvittiin malli, joka olisi asennettavissa valmiiseen rakennukseen – Aika oli kypsä uudelle kompaktille voimalamallille.

Indoor 40 – uusi ulkokuori mutta tuttu teho ja tekniikka

Indoor -voimala on suunniteltu asennettavaksi rakennukseen sisälle ja niitä voidaan tarvittaessa kytkeä useampi rinnakkain.

Uusi Volter indoor tuottaa sähköä 40kW sähköä ja 100kW lämpöä. Indoor -mallissa on konttivoimaloista tuttu ja testattu tekniikka asennettuna metallirunkoon, joka on verhottu näyttävällä ohutlevyrakenteella.

Voimalan ulkomitat ovat pituus 4820mm, leveys 1270mm ja korkeus 2500mm, joten laitos on asennettavissa pieneen tilaan. Laitos on suunniteltu asennettavaksi sisälle rakennukseen, joten siinä on äänieristetty kuori, sekä tehokas lämmöntalteenotto.

Hakesyöttö on toteutettu laitteen päältä ja sekä sähkö-, että lämpöverkkoon laitos on kytkettävissä sivussa olevista liittymistä. Pakokaasu on ohjattavissa ulos laitteen päällä olevasta yhteestä.

Indoor voi toimia yksittäisenä yksikkönä tai laitoksia voidaan vaihtoehtoisesti kytkeä useampi rinnakkain. Useamman laitteen kokonaisuus voidaan liittää vaikkapa kaukolämpöverkkoon ja samalla tuotetaan sähköä myytäväksi valtakunnanverkkoon. Useamman laitteen rinnakkainkytkennällä saavutetaan myös hyödyllistä skaalautuvuutta, sillä kapasiteettia on nopeasti lisättävissä tai vähennettävissä sähkön ja lämmöntarpeen mukaan. Myös laitteiden huolto sujuu tuotantoa keskeyttämättä. Asentamalla voimaloita rinnakkain sähköntuotantokapasiteettiä voidaan säätää esimerkiksi 30 kW – 500kW välillä.

Volter Oy:llä on valmiit jakelukanavat Euroopassa, Pohjois-Amerikassa ja Australiassa. Laitetoimituksia on tehty seuraaviin kohteisiin:

• 3 x 30kW Oulun alue, Suomi, 2009-2011
• 40 kW Nurmes, Suomi, 2012
• 30 kW Ilomantsi, Suomi, 2013
• 40 kW, Alpua, Suomi, 2013
• 70 kW, Stamford, Englanti, 2013
• 40 kW, Oulu, Suomi 2014
• 40 kW, Timmins, Ontario, Kanada, 2014
• 30kW, Leeds, Englanti, 2014
• 80 kW, Sydney, Australia, 2014
• 80 kW, Grasheide, Belgia, 2015

Vuonna 2015 Volter toimitti vientiin 22 voimalaa.

Volter –40 Indoor

Polttoaine: Puuhake (koivu, mänty, kuusi, haapa)

Polttoaineen kosteus:    <18%

Polttoaineen syöttö: Jousipurkain, ruuvi- ja ketjukuljettimet, lokerosyötin

Moottori: Agco Sisu Power, 6-cyl

Teho: Generaattoriteho 40kW, lämpöteho 100kW

Polttoaineen kulutus: 24 h/vrk käytöllä ja 100% teholla noin 4,5m³ irtokuutiota/vrk.

Automaatio: Automatisoitu prosessi. Schneider electric PLC, GSM –hälytykset, etävalvonta

Liitännät: Sähkökaapeli, lämpökanaali, nettiyhteys, GSM liittymä

Tuhkanpoisto: Automaattinen tuhkanpoisto

Huolto: 1,5h/viikko.

Muuta: Tyypillinen lämpöverkon menolämpötila +65-+75C, paluu +35-+45C.

Ekokortteli näyttää suuntaa tulevaisuuteen

Volter voimalan kehitystyö aloitettiin yli viisi vuotta sitten 10 omakotitalon muodostamassa energiaosuuskunnassa. ”Ekokorttelia” ei liitetty lainkaan valtakunnanverkkoon, joten talojen tarvitsema sähkö ja lämpö oli pakko tuottaa omalla voimalalla. Tämä selkä seinää vasten tehty kehitystyö ohjasi projektia käyttövarmuuden suuntaan, joka on voimalajärjestelmän perusta.

Koska ekokortteli oli kehitystyön ajan täysin omavarainen energiasaareke, tuotettua sähköä varastoitiin 200V akustoon, jonka varauskapasiteetti on 6200 Ah. Lisäksi tarvittiin varavoimakone. Voimalassa on 7000L lämminvesivaraaja, josta lämpöä jaettiin talokohtaisiin pienempiin varaajiin ja sieltä käyttöön.

Voimala on tuottanut saarekkeeseen vuosittain sähköä noin 70580 kW ja lämpöä 228,700 MWh.

Viiden vuoden pilottijakso onnistui suunnitellusti, sillä sähkö ja lämpö saatiin tuotettua saarekemuotoisesti ja voimalakonsepti tuotteistettua valmiiksi.

Volter voimalan pilottikohteena toimi 10 omakotitalon energiaosuuskunta, jota ei liitetty lainkaan valtakunnan sähköverkkoon

Madekoski

Jarno Haapakoski pitää ekokorttelin pilotointimallia tuotekehityksessä niin tehokkaana, että sen jälkeen jatkettiin samalla linjalla – Ensimmäisen asiakkaalle toimitetun konttivoimalan vaatimustaso oli myös korkein mahdollinen.

Omasähkövoimala voidaan maisemoida pihapiiriin sopivaksi.

Kohteessa lämmitettäviä neliöitä oli n.400m². Koska voimala tuottaa sähköä vain 1/3 –osan lämpöenergiaan nähden, tämän kohteen lämmöntarve oli voimalan kapasiteettiin nähden suhteellisen vähäinen.

Silti sähköntuottovaatimukset ovat korkealla, sillä sähköä myytäisiin valtakunnanverkkoon aina kun mahdollista. Voimalalta vaadittiin siis säätyvyyttä erilaisiin tuotantotilanteisiin. Myös voimalan ja hakevaraston maisemointi pihapiiriin vaati erikoisjärjestelyjä ja laitteiston toimintavarmuus oli ehdoton prioriteetti.

Voimalassa ja siihen kytketyssä rakennuskokonaisuudessa on älykäs sähköverkko ja pitkälle viety automatiikka sekä energiankulutuksen seuranta.

Yksikön ohjelmoitava logiikkaohjaus (PLC) kykenee säätämään kaasumoottorin tuottamaa tehoa ajamalla moottorille vastamomenttia sähkötehon tarpeen mukaan. Laitoksen toimintaa voidaan seurata ja tarvittaessa säätää käyttöpaneelista paikanpäällä tai etäyhteyden avulla esimerkiksi älypuhelimella.

Voimalan sähkön nimellisteho on 30kW (80kW lämpö) mutta se skaalautuu sähköntuottoon välillä 10–30 kW ja kykenee akustonsa ansiosta toimimaan itsenäisesti myös sähkökatkoksissa.

Voimala tuottaa nykyisellä ajotavalla 129MWh sähköä vuodessa, josta myyntiin saadaan noin 50 MWh. Lämpöä saadaan 450 MWh ja haketta kuluu noin 700 MWh.

Kuittinen

Ensimmäinen maatilalle toimitettu laitos edusti teholuokaltaan jo Volter Oy:n päätuotetta, eli teholtaan 40kW sähköä ja 100kW lämpöä tuottavaa voimalaa.

Voimala ja hakevarasto vierekkäin. Sähköä ja lämpö tuotetaan 300 tuotantoeläimen maatilalle.

300 tuotantoeläimen tila tuottaa vuosittain miljoona litraa maitoa, sekä myös viljaa. Sähköä tila kuluttaa 350000kWh vuodessa. Lisäksi rakennuksissa oli öljylämmitys. Volter omasähkövoimalan myötä tavoiteltiin roimaa pudotusta sekä sähkö-, että lämmityslaskuissa.

Voimala toimitettiin erillisessä kontissa, jonka vierelle valmistui hakevarasto. Hakkeen syöttö on täysin automatisoitu kuljettimilla.

Tilalle rakennettiin voimalan myötä oma lähilämpöverkko ja sähköistyksen osalta eri rakennukset varustettiin energiamittareilla. Voimala liitettiin osaksi valtakunnanverkkoa, joten ylimääräsähkö ajetaan verkkoon ja vaihtoehtoisesti sieltä ostetaan sähköä tarvittaessa.

Lämpöä kyetään hyödyntämään rakennusten lämmittämisen lisäksi viljankuivaamisessa, sekä varsinkin tarvittavan hakkeen kuivaamisessa. Tilalle ostettavan hakkeen kosteusprosentti on yli 25% ja se kuivataan itse. Kuiva hake on edellytys voimalan optimaaliselle toiminnalle.

Erillisessä hakekuivaamossa on pohjalla reikälevy, johon ohjataan alakautta kanavapuhaltimella lämmönvaihtimen läpi virtaavaa ilmaa. Yhteensä 50 kuution hakepatjaa kuivataan 3 vuorokautta, jolloin kosteusprosentti putoaa alle kymmeneen.

Voimalaa on ajettu lauhalla kelillä (alle -10C°) tilan lämmöntarpeen ohjaamana noin 45% teholla, jolloin voimala kuluttaa haketta noin 2m³/vuorokaudessa.

Sähköä voimala on kyennyt tuottamaan em. ajomallilla noin 16000kWh/kk, jolla on katettu puolet tilan sähköntarpeesta. Lämpöä on saatu aina riittävästi.

Automatiikka huolehtii suodattimien puhdistuksesta ja kaasutuksen jätteenä muodostuva hiili kulkeutuu automaattisesti 200 litran tynnyriin, joka tyhjennetään 3 päivän välein.

Voimalan toiminta on niin lupaava, että tilan isäntä Jouni Korhonen on valmis suosittelemaan laitteistoa muillekin.

Advertisement