Puukaasutuksen ydin on saada puuhake muutettua moottorikelpoiseksi kaasuksi. Puukaasun moottorikäytössä on kuitenkin lukuisia ratkaisua vaativia teknisiä haasteita.
Volter Oy:ssä saatiin vuosien tuotekehityksen jälkeen vuonna 2010 puukaasu niin puhtaaksi, että edellytykset moottorikäytölle olivat olemassa. Perusprosessi saatiin yksinkertaiseksi, kun kaasutin ja koko reaktori saatiin mitoitettua oikein, ja kun hyväksyttiin, että hakkeen kosteuspitoisuuden on oltava alle 18 %.
Puukaasuttimessa on hehkuva hiilipatja, johon annostellaan paloilmaa siten, että lämpötila pysyy vähintään 900 Cº:ssa reaktorin kuumimmalla vyöhykkeellä.
Kokemusten perusteella korkea lämpötila on välttämättömyys, jotta syntyvä puukaasu on puhdasta moottorikäyttöön. Käytännössä hake on kuivattava keinomenetelmillä.
Mikäli puukaasuttimen lämpötila laskee, on syynä yleensä liian korkea kosteuspitoisuus, jolloin vesi alkaa kondensoitua ja samalla muodostuu tervaa ja erilaisia pyrolyysiöljyjä. Tervayhdisteitä ei pysty mitenkään järkevästi puhdistamaan puukaasusta, joten ainoa ratkaisu on nostaa lämpötila niin korkeaksi, että terva-aineet krakkautuvat. Mikäli tervaa muodostuu, se tukkii kaasusuodattimet ja särkee moottorin nopeasti.
Mikäli lämpötilaa ei voida pitää yli 900-asteisena, järjestelmä sammuttaa moottorin ja korottaa lämpötilaa, kunnes moottori voidaan taas käynnistää. Voimalaitosta käynnistettäessä on käytettävä tiettyä säädettyä ajanjaksoa eli ramppia, minkä kuluessa sähkön tuotantotehoa nostetaan vähitellen.
Volter 40 -voimalaitoksen sähköteho on 40 kW ja lämpöteho 100 kW. Moottorina käytetään Agcon 8,4-litraista kipinäsytytteistä kaasumoottoria, joka pyörittää generaattoria.
Sähköverkon normaalilla 50 Hz:n taajuudella voimalaitoksessa käytetään tahtigeneraattoria, joka kytketään suoraan sähköverkkoon.
60 Hz:n sähköverkkoon esimerkiksi Kanadaan ja Japaniin generaattorina käytetään oikosulkumoottoria. Lisäksi käytetään taajuusmuuttajaa sähköverkon ja generaattorin välissä.
Korkeamman taajuuden voisi saavuttaa myös moottorin kierrosnopeuden nostolla. Moottorin 1500 k/min pyörimisnopeuden nostaminen 1800 k/min tasolle on kuitenkin huonompi ratkaisu moottorin kulumisen ja käyttöominaisuuksien näkökulmasta.
Moottoria täytyi optimoida puukaasukäyttöön. Avainasemassa oli sopivan puristussuhteen hakeminen ja nakutusherkkyyden säätäminen. Moottorin puristussuhde optimoitiin yhdessä Oulun ammattikorkeakoulun autolaboratorion kanssa. Lisäksi tehtiin päästö-, palopaine- sekä nakutuksen tunnistusmittauksia.
Puristussuhteen ja mäntägeometrian optimoinnilla saatiin nakutus estettyä, sekä muokattua palotapahtumaa optimaalisemmaksi. Moottorin hyötysuhde parani ja päästöjen määrää saatiin vähennettyä. Puristussuhde on suurempi kuin bensiini- mutta pienempi kuin dieselmoottorissa.
Vuosina 2009–2022 oli saatu kerättyä 1,5 miljoonaa käyttötuntia aikaisemmista voimalaitoksista. Volterilla haluttiin tehdä kertyneen kokemuksen pohjalta uuden sukupolven voimalaitos, jonka tavoitteena oli huoltoystävällisyys ja sähkön tuotantotehon nosto. Ajatuksena oli käydä koko laitos lävitse komponentti kerrallaan ja laitoksen osat muuttuivatkin oleellisesti.
Samassa yhteydessä moottoriin lisättiin turboahdin ja ahtoilman jäähdytys, millä sähkön tuotantotehoa saatiin nostettua 25 % hyvin pitkälle samantyyppisestä laitteistosta. Moottorin puristussuhdetta laskettiin, sillä Volter 40:n moottorilla nakutus muodostui ongelmaksi turboahdettuna.
Turboahdin ei käytännössä paineista imusarjaa, vaan pikemminkin kompensoi imusarjassa olevan alipaineen. Koko voimalaitosprosessi toimii siis alipaineisena eli moottori imee polttamansa puukaasun kaasuntuotantolaitteiston lävitse. Walteria kehitettäessä ahtimen mitoitukseen kiinnitettiin erityistä huomiota. Näin tulokset olivat kannustavia heti ensimmäisistä kokeiluista alkaen.
Volterin puukaasuvoimaloiden perustekniikka on ollut alusta asti sama kuin nykyäänkin. Tuotekehityksen fokus on edelleenkin puukaasutuslaitteiston perustekniikassa, jota vuosien aikana kerätyt kokemukset parhaiten palvelevat.
Puukaasuvoimaloissa kaasutin on keskeinen huoltokohde. Walterissa paneuduttiin siihen, että huoltokohteisiin olisi helppo pääsy. Huoltoystävällisyys helpottui, kun puukaasutin onnistuttiin suunnittelemaan kompaktimmaksi, jolloin sen eri osien käsiteltävyys helpottui. Samalla joidenkin komponenttien hintaa onnistuttiin pudottamaan. Kaasuttimen ympärille on myös suunniteltu huoltotasot huollon helpottamiseksi.
Huolto-ohjelmaan sisältyy viikoittain tehtäviä tarkastuksia ja kuukausittain suoritettavia huoltotoimenpiteitä. Perusteellisempi huolto tehdään pari kertaa vuodessa, jolloin tarkistetaan ja vaihdetaan tarvittaessa joitain kriittisiä osia.
Agcon 8,4-litrainen moottori on osoittautunut kestäväksi. Vanhimmat yksilöt ovat pyörineet jo yli 60 000 tuntia. Moottorin kansi kunnostetaan 30 000 h välein.
Walterin kustannus on karkeasti noin 200 000 e verottomana riippuen varusteista ja asennuskohteesta.
Joko sinulle tulee Koneviestin uutiskirje? Tilaamalla maksuttoman uutiskirjeen saat noin kerran kuukaudessa sähköpostiisi toimituksen valitsemia kiinnostavimpia juttuvinkkejä. Tilaa uutiskirje
