1. Wstęp teoretyczny:

1. Wstęp teoretyczny:

Wykorzystanie energii stanowi jedną z podstawowych przesłanek rozwoju gospodarczego, społecznego i poprawy jakości życia. Stąd też zapotrzebowanie na energię rośnie we wszystkich krajach świata i stale aktualny jest problem zaspokojenia potrzeb energetycznych.

Rys. 1 Światowe zużycie energii w latach 1920 - 2020

Nowe pozyskiwanie surowców do produkcji energii elektrycznej oraz cieplnej które wiąże się zastępowaniem paliw kopalnych, odnawialnymi nośnikami energii w szczególności biomasą stałą, oprócz niezaprzeczalnych efektów ekologicznych w skali globalnej, ma ogromne znaczenie w wymiarze społecznym, szczególnie istotne w warunkach polskich.

Rozwój technologii pozyskiwania energii z odnawialnych źródeł jest podyktowany rozwiązaniami prawnymi wprowadzonymi w UE, które zmierzają do zwiększania udziału energii cieplnej i elektrycznej ze źródeł odnawialnych do poziomu 7,5% w 2010 i 12,5 % w 2015 r. Przedstawiając zagadnienia dotyczące energii wytwarzanej ze współspalania paliw konwencjonalnych oraz biomasy czy też biogazu należy na wstępie zaprezentować podstawowe przepisy prawa dotyczące sprzedaży energii z odnawialnych źródeł energii.

Podstawowe uregulowania prawne dotyczące energii wytwarzanej w źródłach odnawialnych zawiera ustawa Prawo energetyczne . Zapisami art. 9a ustawodawca nałożył na przedsiębiorstwa energetyczne obowiązek zakupu energii elektrycznej i ciepła wytwarzanych z odnawialnych źródeł energii.

• przedsiębiorstwa energetyczne zajmujące się obrotem energią elektryczną są obowiązane do zakupu wytwarzanej na terytorium Rzeczypospolitej Polskiej energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii przyłączonych do sieci oraz jej odsprzedaży bezpośrednio lub pośrednio odbiorcom dokonującym zakupu energii elektrycznej na własne potrzeby. Zauważyć należy, iż obowiązek zakupu spoczywa na przedsiębiorstwach prowadzących działalność gospodarczą w zakresie obrotu energią elektryczną, która to działalność nie musi łączyć się z działalnością w zakresie przesyłania i dystrybucji energii elektrycznej. Jednakże zdecydowana większość energii elektrycznej kupowana jest przez spółki dystrybucyjne, prowadzące działalność zarówno w zakresie obrotu, jak i przesyłania i dystrybucji energii elektrycznej;

• przedsiębiorstwa energetyczne zajmujące się obrotem, przesyłaniem i dystrybucją ciepła są obowiązane do zakupu oferowanego ciepła z odnawialnych źródeł przyłączonych do sieci, wytwarzanego na terytorium Rzeczypospolitej Polskiej w ilości nie większej niż zapotrzebowanie odbiorców przyłączonych do sieci. Zatem już w ustawie ograniczono obowiązek zakupu ciepła do wysokości wyznaczonej przez potrzeby odbiorców. Z uwagi na specyfikę sektora ciepłowniczego (wydzielone lokalne systemy ciepłownicze nie tworzące systemu o zasięgu ogólnokrajowym) obowiązek został nałożony na przedsiębiorstwa energetyczne jednocześnie prowadzące handel ciepłem i świadczące usługi w zakresie jego przesyłania i dystrybucji.

W powyższej ustawie znaleźć można również podstawowe definicje związane ze współspalaniem:

• odnawialne źródło energii - źródło wykorzystujące w procesie przetwarzania energię wiatru, promieniowania słonecznego, geotermalną, fal, prądów i pływów morskich, spadku rzek oraz energię pozyskiwaną z biomasy, biogazu wysypiskowego, a także biogazu powstałego w procesach odprowadzania lub oczyszczania ścieków albo rozkładu składowanych szczątek roślinnych i zwierzęcych;

• biomasa - substancje pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, które ulegają biodegradacji, pochodzące z produktów, odpadów i pozostałości z produkcji rolnej oraz leśnej, a także przemysłu przetwarzającego ich produkty, a także inne części odpadów, które ulegają biodegradacji;

• biogaz - gaz pozyskany z biomasy, w szczególności z instalacji przeróbki odpadów zwierzęcych lub roślinnych, oczyszczalni ścieków i składowisk odpadów.

Wprowadzenie w elektrowniach, elektrociepłowniach lub innych zakładach energetycznych współspalania biomasy z innymi paliwami stwarzać będzie problemy techniczne i ekonomiczne.

Problemy natury ekonomicznej wiązać się będą przede wszystkim z możliwym wzrostem kosztów działalności przedsiębiorstw energetycznych oraz koniecznością uzyskania pokrycia finansowego inwestycji niezbędnych dla rozpoczęcia współspalania. Wzrost kosztów może być spowodowany:

a) kosztami inwestycji w postaci kosztów finansowych i amortyzacji nowych składników majątku trwałego przedsiębiorstwa (budowa nowych instalacji zasilania jednostek kotłowych w paliwo technologiczne, przygotowanie placu składowego dla biomasy);

b) kosztami zakupu nowych rodzajów paliw (możliwą wyższą ceną biomasy w stosunku do równoważnej ilości paliw konwencjonalnych);

c) dodatkowymi kosztami: badań laboratoryjnych i specjalistycznych opracowań dotyczących skutków technicznych i ekonomicznych wprowadzenia do spalania nowych paliw, ewentualnie zwiększonymi kosztami remontów i spadkiem sprawności wytwarzania.

Z punktu widzenia technicznego wydaje się, że znacznie większe możliwości współspalania biomasy z węglem istnieją w kotłach fluidalnych, a w znacznie mniejszym zakresie - w pyłowych. Jednakże rozpoczęcie współspalania wiązać się musi ze znacznymi inwestycjami, a zatem i kosztami, głównie z powodu konieczności budowy dodatkowych dróg transportu paliw do kotłów.

2. Biomasa

2.1. Wprowadzenie

Biomasą będziemy nazywać określoną ilość substancji organicznej wytwarzanej przez zespół organizmów żywych takich jak rośliny czy zwierzęta. Wykorzystana do celów energetycznych będzie już biopaliwem. W Polsce będziemy mieć głównie do czynienia z wykorzystaniem biopaliw z drewna bądź też słomy. Rozwój zagospodarowania biopaliw z drewna i słomy jest produkcja energii cieplnej. Z punktu widzenia ożywienia tych alternatywnych paliw jest wykorzystanie ich w instalacjach skojarzonej produkcji energii cieplnej, elektrycznej a także w energetyce zawodowej w procesie współspalania.

Obecna konsumpcja biomasy w celach energetycznych jest na poziomie około 11% światowej produkcji energii pierwotnej. Zdecydowanie większa jej część pochodzi z użytkowania biomasy w krajach rozwijających się. W krajach uprzemysłowionych biomasa dostarcza około 3% energii. W przyszłości jednak zarówno kraje uprzemysłowione jak i te rozwijające się będą wykorzystywać biomasę na dużo większą skalę produkcji energii. Wskazuje na to wiele korzyści, między innymi:

• duża dostępność biomasy, większa niż paliw kopalnych

• opłacalność przekształcania biopaliw na różne nośniki energii - ciepło, metanol, etanol, wodór, elektryczność - w przyjazny dla środowiska sposób

• zmniejszenie importu paliw, zwiększenie rozwoju i zatrudnienia w obszarach wiejskich.

1. Rodzaje i właściwości biomasy

Oszacowano, że na świecie w procesie wegetacji roślinności jest produkowane rocznie około 150 - 200 mld ton suchej masy organicznej. W Polsce z 1 ha użytków rolnych zbiera się rocznie około 10 ton biomasy, co stanowi równowartość około 5 ton węgla kamiennego.

Źródłami biomasy mogą być różnego rodzaju odpady z którymi możemy mieć do czynienia na co dzień np:

• odpady leśne (ścinki, kora, odpady z przemysłu papierniczego lub meblarskiego)

• odpady drewnopodobne (trociny, pył szlifierski, drewno z opakowań)

• odpady rolnicze (z upraw, produkcji żywności, hodowli zwierząt)

• odpady roślinne (siano, kukurydza, trzcina cukrowa, łuski, pestki, korzenie, pozostałości z przerobu owoców)

• uprawy energetyczne (trawy, wierzba energetyczna)

• inne (papier, karton, stałe odpady komunalne, osady ściekowe, śmieci)

Własności fizykochemiczne biomasy powodują, że jest ona paliwem trudnym

technologicznie, znacznie różniącym się od węgla spalanego w kotłach energetycznych.

Podstawowymi różnicami są:

• niska wartość opałowa w przeliczeniu na jednostkę objętości — stąd zachodzi konieczność

składowania kilkakrotnie większych objętościowo ilości biomasy w celu dostarczenia do procesu takiej samej ilości energii jak z węgla;

• wysoka zawartość wilgoci w surowej biomasie (45 — 60%), która jest negatywną właściwością wpływającą na efektywność procesu spalania,

• wysoka zawartość części lotnych która drastycznie zmienia warunki zapłonu i spalania,

• zawartość popiołu w energetycznie przydatnej słomie jest podobnego rzędu jak dla

węgla kamiennego, natomiast dla roślin energetycznych mieści się w zakresie 2 —

6%, a jedynie dla odpadów drzewnych jest bardzo niska i wynosi < 1 %,

• zawartość azotu i siarki w biomasie jest niska, ale duża jest zawartość chloru,

szczególnie w przypadku słomy, co stwarza duże ryzyko występowania korozji

urządzeń,

Tabela 2.1 Analiza elementarna biomasy

Rodzaj paliwa	wilgoć	popiół	wartość opałowa	Siarka	azot	chlor	fluor
		%	%	kJ/kg	%	%	%	%
Brykiet drzewny	7,6	3,7	18428	0,08	0,12	0,091	b.d.
Trociny	39,1 - 47,3	1,3	19346	0,05 - 0,2	b.d.	b.d.	b.d.
Kora drzewna	38,4-48,1	3,9-14,7	17588-20674	0,06-0,07	0,28-0,33	0,02	b.d.
Pył drzewny	3,8-6,4	2,4-17,1	15161-20109	0,12-0,21	b.d.	b.d.	0,001-0,003
Zrębki	42,4	0,5	18496	0,03	0,06	b.d.	b.d.
Osady ściekowe	77,6	41	12951	0,28	b.d	0,024	b.d.

Tabela 2.2 Analiza elementarna węgla

Rodzaj paliwa	wilgoć	Popiół	wartość opałowa	siarka	azot	chlor	fluor
		%	%	kJ/kg
Węgiel kamienny	5 - 10	8,5 - 11	16700 - 29200	0,5 - 3,1	0,8 - 1,5	<0,1	b.d.
Węgiel brunatny	45 - 55	6,5 - 11	7200 - 21000	0,5 - 0,83

2. Sposoby i korzyści uzytkowania biomasy

Mimo iż produkujemy duże ilości biomasy, jej wykorzystanie jako paliwo jest niewielkie. W krajach europejskich przeciętnie połowa powstającej biomasy mogłaby być potencjalnie użytkowana energetycznie. W przypadku słomy, tylko 15-20% przygotowywano jako baloty paliwowe, pozostałą część wykorzystuje się w hodowli lub spala na polu.

Główne korzyści dla gospodarki narodowej wynikające z użytkowania biomasy można przestawić w kilku punktach i tak:

1. Strategiczne - zmniejszenie uzależnienia od konwencjonalnych źródeł energii

2. Dla środowiska - redukcja efektu cieplarnianego, tym samym globalnego wzrostu temperatury

3. Dla zdrowia społeczeństwa - redukcja spalin szkodliwych dla zdrowia - ograniczenie

zachorowań wynikających z zanieczyszczenia środowiska

4. Zmniejszenie ilości odpadów

5. Dla rolnictwa - zagospodarowanie odłogowej ziemi na produkcję upraw energetycznych,

6. Wykorzystanie nadwyżek produkcji rolnej (zbóż, ziemniaków, buraków cukrowych, roślin oleistych) oraz odpadów, takich jak słoma

7. Redukcja bezrobocia w regionach rolniczych

8. Wzrost kapitału sprzyjającego rozwojowi danego regionu

Po względem energetycznym 1,5-2 tony drewna lub słomy jest równe 1 tonie węgla kamiennego. Zauważmy, że z jednego hektara użytków rolnych zbiera się rocznie

10 - 12 ton biomasy, czyli w przeliczeniu na węgiel 5 - 10 ton. Korzyścią użytkowania biomasy jest niewątpliwie mniejsza zawartość siarki. Dobrze zaprojektowany system wykorzystujący biomasę może również zmniejszyć inne zanieczyszczenia powstające przy spalaniu wędrujące do atmosfery.

Energetyczne wykorzystanie biomasy jest najszybciej rozwijającym się sektorem energetyki odnawialnej w Polsce. W naszych warunkach w najbliższym czasie można spodziewać się znaczącego wzrostu zainteresowania wykorzystaniem biopaliw z drewna czy słomy. Cechą podstawową dotychczasowego rozwoju sektora energetycznego wykorzystania biomasy jest opieranie się na biopaliwach odpadowych, które na dzień dzisiejszy są najtańszym źródłem na rynku. W miarę wyczerpywania się ogólnie dostępnych zasobów biomasy odpadowej wzrośnie uprawa roślin energetycznych takich jak wierzba energetyczna czy też trawy.

Tabela 2.3. Zasoby biomasy w Polsce

Rodzaj biomasy	Zasoby, PJ/rok
		Wykorzystanie w 2001 r.	Przewidywane w 2010 r.
Odpady leśne	5	45
Odpady przemysłowe	25	50
Drewno opałowe	10	17,5
Słoma	50	130
Uprawy energetyczne	b. d.	300

3. Systemy spalania biomasy

W zależności od rodzaju biomasy, stosowane są różne technologie jej przygotowania do spalania jak i samego spalania. W praktyce stosowane są trzy grupy rozwiązań techniczno - technologicznych:

1. bezpośrednie spalanie biomasy - słoma w balotach, drewno w formie zrębków, trociny przetworzone na brykiety, osady ściekowe w formie granulatu,

2. współspalanie biomasy z węglem - wykorzystanie konwencjonalnych kotłów, doprowadzenie węgla z biomasą razem lub oddzielnie,

3. termiczna utylizacja biomasy wraz z pirolizą i zgazowaniem zwróconą na produkcję ciepła i elektryczności.

Ustawa z dnia 10 kwietnia 1997 r. - Prawo energetyczne (Dz. U. z 2003 r. Nr 153, poz. 1504 i Nr 203, poz. 1966 oraz z 2004 r. Nr 29, poz. 257, Nr 34, poz. 293, Nr 91, poz. 875 i Nr 96, poz. 959)

Koncepcja zmian paleniska kotła OP-230 w celu zwiększenia udziału biomasy w spalanym paliwie.

- 3 -

Mariusz Kuczko

---