Konwersja energii ze źródeł odnawialnych - biomasy

Autorzy:              Kazimierz Pakosz

                            Radosław Klon

Kierownik Zespołu Pracowni KK2                                          Dyrektor Biura Technicznego

              Wiesław Zabłocki                                                                                    Adam Sutowicz

Racibórz 2004

SPIS TREŚCI:

1.Wstęp              2

2.Odnawialne źródła energii.              2

3.Biomasa              2

3.1.Charakterystyka biomasy              2

3.2.Wpływ spalania i współspalania  na emisję i szlakowanie.              2

3.3.Wybrane właściwości drewna.              2

4.Spalanie biomasy w kotłach rusztowych.              2

4.1.Technologia spalania              2

4.1.1.Składowisko zrębków              2

4.1.2.Układ transportu  paliwa              2

4.1.4.Spalanie biomasy.              2

4.1.5.Oczyszczanie spalin – separacja popiołu lotnego              2

4.1.6.Kondensacja spalin              2

4.1.7.System transportu i zagospodarowanie popiołu.              2

4.2.Paleniska do spalania biomasy, rodzaje rusztów.              2

4.3.Przykłady spalania drewna w kotłach rusztowych.              2

5.Spalanie biomasy w kotłach fluidalnych.              2

6.Spalanie i współspalanie osadów ściekowych.              2

7.Współspalanie biomasy.              2

7.1.Współspalanie węgla i biomasy w instalacjach kotłów rusztowych.              2

7.1.1.Badania współspalania węgla ze zrębkami drzewnymi w kotle WR-10              2

7.1.2.Badanie współspalania węgla z osadem ściekowym w kotle WR-25.              2

7.2.Technologie do bezpośredniego spalania biomasy.              2

7.2.1.Współspalanie w palenisku fluidalnym.              2

7.2.2.Współspalanie w palenisku rusztowym.              2

7.2.2.1.              Ruszty narzutowe.              2

7.2.2.2.              Ruszty taśmowe („wędrowne”)              2

7.2.2.3.              Ruszty wibracyjne              2

7.2.2.4.              Ruszty posuwisto – zwrotne              2

7.2.2.5.              Ruszty podsuwowe              2

7.2.2.6.              Doświadczenia ze współspalania biomasy na rusztach              2

7.2.2.7.              MPEC - Braniewo współspalanie miału węglowego i trocin oraz wykorzystanie gazu wysypiskowego.              2

7.2.3.Współspalanie w palenisku pyłowym.              2

7.2.3.1.              Opis stosowanych technologii              2

7.2.3.2.              Przykłady współspalania biomasy w kotłach pyłowych              2

7.2.4.Współspalanie w palenisku cyklonowym.              2

7.3.Technologie do pośredniego współspalania biomasy.              2

7.3.1.Przykłady instalacji pośredniego współspalania biomasy.              2

7.3.1.1.              Projekt BIOCOCOMB              2

7.3.1.2.              Projekt AMERGAS              2

7.3.1.3.              Projekt demonstracyjny Thermie w Lahti, Finlandia              2

7.3.1.4.              System ogrzewania w Fabryce Mebli Klose z użyciem instalacji gazyfikacji odpadów drzewnych.              2

7.3.2.Zgazowanie biomasy w układach małej mocy              2

Zał. 1.Instytucje zajmujące się OZE w Polsce              2

Zał. 2 Wybrane firmy zagraniczne zajmujące się projektowaniem lub/i dostawą instalacji (kotłów) do spalania biomasy.              2

1.       Wstęp

              Polska z dniem 1.05.2004 stanie się członkiem struktur Unii Europejskiej dlatego warto rozważyć, jakie wymagania Unia Europejska stawia przed państwami członkowskimi w zakresie unormowania kwestii odnawialnych źródeł energii. W polityce energetycznej Unii Europejskiej źródła odnawialnej energii zajmują priorytetową pozycję. Już w 1996 r. Komisja Unii Europejskiej przyjęła Zieloną Księgę, która miała za zadanie rozpocząć dyskusję na temat proponowanej polityki programu Wspólnoty w zakresie czystej energii. Rok później wydano Białą Księgę „Energia dla przyszłości – odnawialne źródła energii”. W dokumencie tym oficjalnie założono zwiększenie udziału energii odnawialnej z 6% w 1997 r. do 12% w 2010 r. krajowego zużycia energii brutto. Taką wartość również poparła w 1998 r. Rada do spraw Energetyki. Kolejnym dokumentem o podstawowym znaczeniu jest Zielona Księga „Ku europejskiej strategii bezpieczeństwa energetycznego” z 2000 r. Akt ten odnosi się do trzech obszarów sektora energii, tj. do bezpieczeństwa energetycznego, polityki kontroli wielkości zapotrzebowania na paliwa i energię, oraz ochrony środowiska. W powyżej wymienionych dokumentach podkreśla się fundamentalne znaczenie rozwoju wykorzystania odnawialnych źródeł energii dla osiągnięcia celów polityki energetycznej Unii Europejskiej.

Polityka energetyczna UE wyznacza kierunki, w których powinny zmierzać państwa członkowskie. Wspólnotowe wytyczne przybierają postać różnego typu dokumentów planistyczno strategicznych, jak Biała Księga, czy Zielona Księga. Jednak harmonizacja prawa w zakresie odnawialnych źródeł energii stała się możliwa dopiero w chwili wydania aktu prawa o mocy powszechnego obowiązywania. Podstawowym aktem unijnym o mocy prawa powszechnie obowiązującego w zakresie odnawialnych źródeł energii jest Dyrektywa z 27 września 2001 w sprawie promocji energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych na wewnętrznym rynku energii elektrycznej. Dokument ten został opublikowany miesiąc później i z tym dniem wszedł w życie. Przedmiotem dyrektywy są zasady promocji i wsparcia dla energii elektrycznej, wytwarzanej ze źródeł odnawialnych. Ponieważ nie istnieje ramowa dyrektywa odnosząca się do energetyki odnawialnej, dlatego też w omawianym akcie wiele uwagi poświęcono ogólnym postanowieniom, odnoszącym się do sektora zielonej energii.

              W Polsce w ostatnim okresie wzrasta zainteresowanie wykorzystaniem energii ze źródeł odnawialnych. Ten wzrost zainteresowania zaowocował powstaniem dokumentów:

·         08.07.1999 – Rezolucja Sejmu Rzeczypospolitej Polskiej w sprawie wzrostu wykorzystania energii ze źródeł odnawialnych,

·         09.09.2000 – przyjęcie przez Radę Ministrów „Strategii rozwoju energetyki odnawialnej”

·         23.08.2001 – przyjęcie przez Sejm Rzeczpospolitej Polskiej „Strategii rozwoju energetyki odnawialnej.

„Strategia rozwoju energetyki odnawialnej” wyznacza cele jakie mają być osiągnięte w określonych horyzontach czasowych. Cele te to:

·         7,5% udział energii odnawialnej w bilansie paliwowo-energetycznym kraju w 2010 roku,

·         14% udział energii odnawialnej w bilansie paliwowo-energetycznym kraju w 2020 roku.

Wielkości te są bardzo ambitne w stosunku do około 2,6% udziału tego rodzaju energii w 2002 roku i zostały przyjęte w projekcie Traktatu Akcesyjnego jako wielkości referencyjne.

Dokumenty te niestety zawierają szereg braków i nieścisłości utrudniających realizację założonej polityki i nie w pełni korelują z przyjętymi przez Rade Ministrów w lutym 2000 roku „Założeniami Polityki Energetycznej Polski do 2020 roku”, oraz aktualnie obowiązującym „Prawem Energetycznym”. Zgodnie z uchwałą Rady Ministrów z 5 września 2000 i treści przyjętego dokumentu, wdrożenie „Strategii...” powinno być monitorowane i po trzech latach od przyjęcia dokumentu powinien być przygotowany raport z wdrożenia „Strategii”. Raport, zgodnie z zapisami „Strategii...”powinien być przygotowany przez Ministerstwo Gospodarki do końca 2003 roku. W tej chwili można jedynie w sposób ogólny odnieść się do realizacji przez Rząd zapisów „Strategii...”:

·         Dotychczasowy sposób prowadzenia monitoringu wdrożeń nowych instalacji i monitoringu produkowanej w nich energii jest „niedoskonały” i wymaga uspójnienia metodyki zbierania danych i dalszej współpracy GUS, URE i EC BREC w tym zakresie,

·         Dane statystyczne i analizy wykonywane przez Europejskie Centrum Energii Odnawialnej wskazują na zbyt powolne ogólne tempo wzrostu wykorzystania energii ze źródeł odnawialnych w Polsce w stosunku do celów postawionych w „Strategii...”. Są jednak symptomy rozwoju rynku w pewnych segmentach sektora energetyki „odnawialnej”: wykorzystanie biopaliw stałych i biogazu wysypiskowego do produkcji energii cieplnej oraz cieplnej i elektrycznej w skojarzeniu oraz rosnące zainteresowanie i pierwsze wdrożenia w zakresie współspalania biopaliw stałych z miałem węglowym w elektrociepłowniach większej mocy (20 – 200 MW).

·         Do osiągnięć można zaliczyć szereg inicjatyw lokalnych i regionalnych jakie zostały wygenerowane dzięki „Strategii...”

·         Z uznaniem należy ocenić prace nad opracowaniem przez Ministerstwo Środowiska pierwszego sektorowego programu wykonawczego do „Strategii...”-Programu rozwoju energetyki wiatrowej na lata 2003-2005. Niestety program ten nie został przyjęty do realizacji przez Radę Ministrów. Trudno tez ocenić obecne szansę na przygotowanie i przyjęcie do realizacji wszystkich programów wykonawczych, poświęconych wykorzystaniu wszystkich rodzajów energii ze źródeł odnawialnych, choć Ministerstwo Środowiska podjęło inicjatywę także w tym zakresie.

·         W odniesieniu do innych zadań postawionych „Naczelnym Organom Administracji Państwowej” w załączniku nr 7 do „Strategii..., uzasadnione wydaje się spostrzeżenie, że zadania do tej pory nie były traktowane jako najbardziej priorytetowe i że raczej nie były wdrażane w planowy i wystarczająco konsekwentny sposób.

W kontekście powyższych uwag powstaje kwestia odpowiedzialności na szczeblu rządowym za kreowanie polityki Państwa dotyczącej odnawialnych źródeł energii oraz odpowiedzialności za jej wdrożenie. Kwestia ta nie została jednoznacznie ustalona w przyjętym dokumencie. Wydaje się jednak, że z uwagi na dotychczasowe doświadczenia w przygotowaniu dokumentu „Strategii..” przez Ministerstwa Środowiska oraz ponadbranżowy charakter energetyki ze źródeł odnawialnych, odpowiedzialność za jej wdrożenie także może spoczywać na Ministrze Środowiska. Wdrożenie „Strategii...”wymaga jednak ścisłej współpracy z innymi ministerstwami, w tym przede wszystkim z resortem gospodarki oraz rolnictwa. W konsekwencji 9 lipca 2002 roku, dla koordynacji prac o międzyresortowym charakterze, powołano do życia Międzyresortową grupę ds. Wdrożenia Strategii Rozwoju Energetyki Odnawialnej, w pracach którego uczestniczą Minister Środowiska, Rolnictwa i Rozwoju Wsi, Gospodarki oraz krajowi eksperci ze stowarzyszeń branżowych i innych organizacji związanych z rozwojem wykorzystania energii ze źródeł odnawialnych w Polsce. Zadaniem tej grupy jest skoordynowanie prac nad wdrażaniem „Strategii...” na szczeblu rządowym, skoordynowanie prac nad przygotowaniem programów wykonawczych do „Strategii...” oraz opracowanie projektu zapowiedzianej w dokumencie ustawy o rozwoju wykorzystania energii ze źródeł odnawialnych. Jednym z zadań Grupy Międzyresortowej jest też ustalenie rozbieżności w dokumentach politycznych.

Deklaracja uzyskania do 2010 roku 7,5% udziału energii elektrycznej produkowanej z OZE wymagać będzie zainstalowania około 15,7 GW mocy (elektrycznej i cieplnej) w nowych instalacjach wykorzystujących odnawialne źródła energii. Należało by zatem stworzyć takie warunki prawno-organizacyjne i finansowe oraz zapewnić taki dostęp do sprawdzonych technologii, aby inwestor zechciał podjąć ryzyko inwestycyjne i wysiłek inwestycyjny. Ten znaczący w skali kraju wysiłek inwestycyjny służący zwiększeniu mocy zainstalowanej jest oceniony na około 14,5 mld zł w skali najbliższych 10 lat. Inna kwestią jest alokacja kosztów wdrożenia „Strategii...” pomiędzy budżet państwa (podatników) i fundusze publiczne, a bezpośrednio konsumentów energii ze źródeł odnawialnych. Problem ten nie został ostatecznie rozstrzygnięty na korzyść któregoś z rozwiązań, choć wiele wskazuje na to, że szerszy dostęp do środków publicznych na rozwój energetyki ze źródeł odnawialnych będzie utrudniony. Istnieje obawa, że same tylko obecnie funkcjonujące fundusze ekologiczne nie będą wstanie  zapewnić deklarowanego przez Rząd w „Strategii...” udziału środków publicznych w inwestycjach na poziomie 300 mln. zł/rok w najbliższych 9 latach.

„Strategia...” jest pionierskim dokumentem w Polsce, a także pierwszym dokumentem politycznym tej rangi w Europie Środkowo-Wschodniej, w tym w krajach aspirujących razem z Polska do członkostwa w Unii Europejskiej. Sformułowane cele ilościowe w postaci potrojenia udziału energii ze źródeł odnawialnych do roku 2010 oraz znaczącego wzrostu do roku 2020, nie są tak wysokie jak analogiczne cele Unii Europejskiej, ale jak na obecne warunki w Polsce są zadaniem ambitnym. Brak doświadczenia w systemowym wykorzystaniu odnawialnych źródeł energii w naszym kraju, a także obecny okres transformacji społeczno-gospodarczej i nie ugruntowane jeszcze trendy rozwojowe sektora energetycznego, obecna nadwyżka podaży energii z paliw kopalnych oraz problemy finansowe Państwa stwarzają realne ograniczenia, które muszą być uwzględnione w działaniach Rządu oraz innych instytucji, aby zamierzone cele mogły być w sposób racjonalny osiągnięte. Wydaje się, że w okresie ostatnich dwu lat wdrażania „Strategii...” ujawniły się sprzeczności w poglądach Rządu na sposób wdrażania dokumentu, a to wstrzymywało tempo wdrażania jego zapisów.

2.              Odnawialne źródła energii.

Obecnie w Polsce udział energii wytwarzanej ze źródeł odnawialnych w bilansie paliwowo-energetycznym kraju wynosi około 2,6 %. W stosunku do 6 % w Unii Europejskiej jest to ponad dwukrotnie mniej. Jednak wynikająca ze „Strategii...” dynamika wzrostu wykorzystania odnawialnych źródeł w Polsce w odniesieniu do 2010 roku (trzykrotny wzrost) jest wyższa niż przewidywana w Unii Europejskiej (dwukrotny wzrost). Wskazuje to wyraźnie na próbę „doganiania” przez Polskę wymagań unijnych w tym zakresie.

Obecna struktura wykorzystania energii ze źródeł odnawialnych w Polsce przedstawia się następująco:

·      Biomasa                             98,05%

·      Energia wodna              1,82%

·      Energia geotermalna              0,10%

·      Energia wiatru              0,02%

·      Energia słoneczna              0,01%

spośród różnych technologii wykorzystania OZE najwięcej zalet w polskich warunkach wykazują technologie wykorzystujące biomasę (produkcja biopaliw a także ciepłownie i elektrociepłownie spalające biomasę); technologie te stymulują bowiem rozwój produkcji rolnej oraz rozwój usług na potrzeby nowych obiektów energetycznych, tworząc w ten sposób nowe miejsca pracy; elektrownie wiatrowe należy uznać za mniej korzystne, gdyż bazują na imporcie nowoczesnych urządzeń wytwórczych, tworzą mało miejsc pracy a likwidują istniejące w sektorach paliwowych,

Szczegółową strukturę wytwarzania energii ze źródeł odnawialnych w układzie technologicznym przedstawiono w tabeli 1.