Wykład II cz.I Paliwa energetyczne

1.Węgiel kamienny

Trochę najnowszej historii - jako materiał do przemyślenia

Kopalnie Strat. Prof. Jan Macieja, Zakład Funkcjonowania Gospodarki PAN, WPROST, nr.8/99. Węgiel polski traci konkurencyjność na rynku międzynarodowym w połowie lat 80 tych, powód: zmiana relacji cenowych, coraz głębsze wydobycie, węgiel koksujący z zagłębia jastrzębskiego wymaga kosztownego odsiarczania, węgle zalegające płytko są silnie zasiarczone. Na rynku światowym w latach 80 tych pojawili się wielcy eksporterzy: USA, Australia, Kanada Kolumbia, Rosja , RPA, Indonezja, - z tanim dobrym węglem., Wg. spółek węglowych w 1998 r. Koszt wydobycia tony polskiego węgla wynosił 144 zł/ tonę ( rzeczywisty 150 zł) cena sprzedażna w eksporcie 87 zł, strata 57 zł/tonę ( rzeczywista 60 zł/ t ). Transport do Szczecina 11-15 USD/t + koszt do portów Europy. Łączny koszt transportu do odbiorcy 60 zł/t ( 17,6 USD ). Tracimy wiec na eksporcie 57+60 = 117 zł/t czyli o 117- 87= 30 zł więcej od ceny surowca. Eksport 25 mln ton to strata 2,925 mld zł rocznie, dodatkowy ujemny efekt to wzrost cen węgla krajowego i wzrost kosztów polskich produktów i spadek ich konkurencyjności , zjawisko odwrotne zachodzi u odbiorców zewnętrznych. Wnioski syntetyczne: ograniczyć wydobycie do 95-100 mln ton / rocznie do 2002r. potrzeby kraju 90 mln/ a , eksport jako wywóz nadwyżki bezpieczeństwa na krótkich dystansach 600 km, zaoszczędzone 1,5 mld zł można przeznaczyć na szybsze przekwalifikowanie górników. Na rynku krajowym węgiel polski z uwagi to że główne elektrownie położone są na południu a koszt transportu z Szczecina na Śląsk jest podobny jak w stronę odwrotną, będzie nie zagrożony w rozpatrywanym przedziale czasu np. do 2010- 2020 lat.

Uwaga z roku 2002: potrzeby krajowego rynku ocenia się na poziomie 70 - 75 mln ton/ rok

Strajkiem w płot. W Gadomski. Gazeta Wyborcza. Świąteczna 11- 12 .09 1999. Koksownia w Orgeave. 26. 05. 1984. Bitwa policji z pikietami górniczymi skończona , 19 górników aresztowanych,18 rannych policjantów, 23 pikieciarzy w szpitalach,11 tydzień strajku. Koszt tłumienia demonstracji w południowym Yorkshire -70 mln ₤. Miejscowa koksownia produkowała koks dla huty Scunthorpe -British Steel (koncern państwowy), zapas koksu na 2 tygodnie dla wielkich piecy , sytuacja groziła ich zniszczeniem - wielkich piecy nie można wyłączyć. Górnicza lokomotywa gospodarki upada, Francja, Anglia, Niemcy rejon Pittsburgha ( USA ). Anglia, dominacja związków zawodowych, silne ich powiązania z Partią Pracy- Labour Patry- członek zbiorowy. Z czasem Związki stały się nie tyle partnerem a podmiotem zarządzania dla pracodawców i polityków. Kolejne rządy starały się to zmienić. Np. Harold Wilson ( 1968-70 ) próbuje zmienić prawo związkowe - bez skutku. 1970 rok wybory wygrali torysi ( Edwad Heath ), podejmują kolejna próbę, strajki górnicze hamują program reform . Rok 1974 duży strajk górniczy, wygrany przez Krajowy Związek Górników , pojawia się Arthur Scargill, nowa gwiazda związkowa , efekt strajku nowe wybory, znów rządy laburzystów - James Callaghan. Rok 1979, maj wybory wygrywają konserwatyści z Margaret Thatcher w pewnym zakresie ekstremistka , odsuwa z rządu tzw. mięczaków, wygrywa Falklandy - poparcie społeczne wzrasta. Runda I z związkami: 1981 rzędowy plan zamknięcia kilkunastu kopalń, po 1974 rząd zainwestował 2,5 mln ₤ nowe technologie , jednak kopalnie dalej były nie rentowne, trwają negocjacje, Państwowy Zarząd Kopalń nie ma woli na cięcia w górnictwie, raczej stara się wyrwać z budżetu jak najwięcej pieniędzy, zadłużenie kopalń 1 mld ₤ roczne straty 350 mln. Związki nieprzejednane. Scargill staje się szefem związków górniczych. Rząd się wycofuje .Parlament wprowadza ustawy ograniczające siłę związków, zakaz stosowania lotnych pikiet. Restrykcje antyimportowe utrzymują wysokie ceny krajowego węgla ( 44₤ ceny z importu 35₤/ tonę). W kilku kopalniach ceny węgla sięgają 90₤/tonę. Rządowy plan zamykanie takich kopalń , zwiększenie wydobycia w kopalniach tanich. Związkowcy wiedzieli że zmniejszy on zatrudnienie więc - nie dla planu. Argument dodatkowy - węgiel dotuje zarówno Francja i Niemcy więc zjawisko to jest konieczne, strukturalne. Scargill „ nie ma nierentownych kopalń są kopalnie niedoinwestowane”, lub „brak akceptacji mechanizacji wydobycia bo zmniejsza ono zatrudnienie”. Starcie stało się nieuniknione. Rok 1983 wybory Thatcher zdobywa znaczną przewagę w parlamencie- rok po Falklandach. Uzyskała 144 miejsca w parlamencie, była to największa przewaga jaką miała jedna partia od roku 1945. Zaczęto przygotowywania do batalii z górnikami, zwiększono wielkość strategicznych zapasów węgla i ropy w elektrowniach, wprowadzono ustawy antyzwiązkowe, przygotowano „marchewkę” wysokie odprawy dla zwalnianych górników 1 000 funtów za każdy przepracowany rok w górnictwie. W górnictwie zatrudnionych było 202 tyś ludzi , 75% kopalń przynosiło straty. Wrzesień 1983 rok Zarząd Kopalń zapowiada zmniejszenie wydobycia z 110 tyś Mg/ rok do 85Mg/ rok i redukcję zatrudnienia o 65 tyś ludzi.

18 marca 1984 rozpoczął się długi strajk. A.Scargill (ur.1938 r.) w 1955 r. wstępuje do Ligi Młodych Komunistów, w 1957 r. odwiedza Moskwę , przyjęty jest przez Chruszczowa, zostaje działaczem związkowym. Kontakty Krajowego Związki Górników (KZG) z płk. Kadafim ( 1984r.). i jego ludźmi. KZG ukrywa swoje pieniądze w krajach komunistycznych, pojawia się wątek NBP. Strajkowi towarzyszyła agresja, łamistrajków zastraszano, zginęło kilka osób. Główną bronią strajkujących były ruchome pikiety przewożone z miejsca na miejsce dla blokowania kolejnych kopalń. Koszty policji były ogromne- 300 mln. funtów. Wprowadzono prawny zakaz stosowania lotnych pikiet- zwolniono 7 000 górników za łamanie prawa. Obie strony odrzucały kompromis. Strajk trwał 1 rok. Trwała batalia o opinię publiczną. W październiku 1984 dwóch górników z Yorkshire wytoczyło sprawę KZG o odszkodowanie. Sąd uznał ze strajk nie jest formalny gdyż rozpoczął się bez przeprowadzenia referendum ( kazus 55% ). W wyniku kolejnych spraw sądowych zablokowano finanse Związku. 1 marca 1985 strajk zakończono. Podsumowanie: w 1995 brytyjskie górnictwo wydobyła 51,4 mln ton, mniej niż połowę wydobycia z przed roku 1984, wciąż występuje brak rentowności, podobno w wyniku importu dotowanego polskiego węgla.

W latach 20 całkowity udział węgla w światowym bilansie energii pierwotnej wynosił ok.60% obecnie ok. 40%. Formułowany jest również pogląd że w wyniku wyczerpywania się ropy naftowej i gazu ( 50 -80 lat ) wzrośnie znaczenie węgla wykorzystywanego w nowych technologiach w energetyce i ciepłownictwie.

Podział węgla wg sortymentu: gruby - kostka (200 - 60mm) piece i kotły ułamkowych mocy, orzech (80-25mm)- gospodarka komunalna, średni- groszek (30-8mm ) - kotły rusztowe, miał ( 30 -0mm ) energetyka zawodowa, muł (1-0mm) odpady. Podział węgli wg. PN-82/G -97002 w zależności od zawartości części lotnych oraz zdolności spiekania;

Węgiel	Części lotne w masie bezwodnej i bezpopiołowej %	Rodzaj węgla	Wygląd koksu	Obraz płomienia
kamienny	6-10	Antracyt	Piaskowy proszkowy	Krótki nieświecący
		10-14	Chudy węgiel	Jw.	Jw.
		14-19	Węgiel kuzienny	Spieczony częściowo pulchny	Krótki mało świecący
		19-28	W. koksowy	Mocno spieczony	Krótki świecący
		28-35	W. gazowo - płomienny	Spieczony popękany	Długi świecący
		35-40	W.lekko spiekający się	Spieczony częściowo pulchny	Długi świecący
		40-50	W. niespiekający się	Piaskowy rozpadający się	Długi świecący
	brunatny	40-56	Stary w. brunatny	drobnoziarnisty	Długi umiarkowanie świecący
		50-65	Młody węgiel brunatny	Ziarnisty rozpadający się	Długi matowy

Węgiel kopalny zawiera takie związki jak: siarczki, chlorowce, pierwiastki śladowe.

Siarka. Występuje w węglach w postaci pierwiastkowej, związków mineralnych ( nieorganicznych) jak i organicznych. Związki nieorganiczne - siarczki: FeS₂, ZnS, PbS, CuFeS₂, oraz siarczanów: CaSO_4,, MgSO₄, BaSO₄, PbSO₄. Całkowita zawartość siarki w węglu wynosi od 0,3 do 3%. Sortymenty handlowe 0,5 -1,5%. W polskich węglach górnośląskich zawartość siarki palnej stanowi 30 -50% zawartości całkowitej siarki. Siarka pirytowa stanowi zwykle do 55% siarki palnej. Tą siarkę można usuwać metodami mokrymi np. w procesie flotacji.

Chlor. Występuje w trzech głównych postaciach: jonów chlorkowych w wodzie związanej z węglem ( wilgotności całkowitej ), chlorków nieorganicznych (NaCl, KCl, CaCl₂) oraz w postaci organicznych związków chloru. W polskich węglach zawartość ta wynosi od 0,02 -0,4% Związki CL można usuwać w procesie płukania węgla.

Pierwiastki śladowe. Około 20 może znajdować się w węglu np. Mn, Be, Co, Ni, As, Cd, Pb, Sb, Se, Hg, F , pierwiastki emitowane są w fazie gazowej

Poniżej podano przykładową charakterystykę węgla z kopalni „Śląsk”

Stan roboczy	Kostka	Orzech I	Orzech II	Groszek I	Groszek II	Miał I	Miał II
Zaw. Wilgoci całkowitej W^r %	3,66	3,81	4,05	4,95	5,20	5,06	6,25
Popiół A^r %	4,16	4,43	4,29	4,21	4,53	4,44	11,46
Siarka całkowita S^r %	0,39	0,44	0,44	0,45	0,44	0,45	0,58
Wartość opałowa Qi^r kJ/kg	31023	330759	30705	30950	30357	30385	27280

Węgiel brunatny

Pośrednie stadium uwęglenia substancji roślinnej pomiędzy torfem a węglem kamiennym o zawartości do 70% C , utwór trzeciorzędu; jest stosowany jako paliwo, czy jako surowiec do produkcji olejów, wosku, benzyny syntetycznej.

W. b. w Polsce z uwagi na niską cenę jest paliwem przy produkcji blisko 37% energii elektrycznej. W krajowych elektrowniach zainstalowane jest 8700MW el. co stanowi blisko 27% mocy zainstalowanej w generatorach. Krajowe zasoby w.b. znajdujące się w czterech kopalniach : „Adamów”- 600 MW el ( odkrywki Koźmin i Władysławów ) elektrowni Adamów, kopalni Bełchatów 4320 MW el gdzie planuje się zwiększenie mocy o dalsze 800 MW el ( Bełchatów II ); kopalni Konin - 585 MW el i Pątnów 1200MW el ( tzw. PAK ) oraz kopalni jednoodkrywkowej Turów - 2000MW el. Planowane jest w dalszej przyszłości uruchomienie kopalni Legnica. Złoża w tzw, rejonie Rowu Poznańskiego nie brane są pod uwagę ze względu ekologicznych i rolniczych.

Ceny energii pierwotnej zawartej w paliwie kształtują się na poziomie: gaz ziemny 3,0 -3.3, węgiel kamienny 1.7 - 2.0 ; węgiel brunatny 1,7 -2,0 USD/GJ. Energia produkowana z wb. tańsza jest o ok. 30% w stosunku do energii el. z węgla kamiennego. Wartość opałowa wb. waha się w granicach 7500 - 9000 kJ/kg. Przeciętna zawartość siarki palnej w wb. 0,25 - 1,2% .

Biomasa

Podstawowe paliwa tej grupy to słoma i drewno odpadowe - odpady drzewne w leśnictwie i przemyśle drzewnym. Wartość opałowa słomy żółtej 14300, szarej 15200, drewna odpadowego 13000 kJ/kg. Czyli pod względem energetycznym 1,7 t drewna odpowiada ok.1,0 t węgla energetycznego. Ocenia się że udział biomasy w produkcji energii pierwotnej w UE wynosi ok. 3 - 5%. W przyszłości udziały te wzrosną w wyniku wprowadzenia nowych technologii tj. procesu pirolizy- zgazowania drewna, hydrolizy z fermentacją cukrów i wytwarzaniem etanolu czy technologii wytwarzania biogazu.

Słoma. Szczególnie cenna jest słoma związana z produkcją roślin dla celów energetycznych: rzepakowa, bobikowa słonecznikowa.

Rodzaj słomy	Wartość opałowa słomy suchej [ kJ/kg]	Zawartość wilgoci w Słomie świeżej %	Wartość opałowa słomy Słomy świeżej [ kJ/kg]
Pszeniczna	17300	12-22	12900 -14900
Jęczmienna	16100	12 -22	12000-13900
Kukurydziana	16800	50 - 70	3300 -7200

Typowy skład elementarny słomy: wodór 5-6%; tlen poniżej 40% węgiel 48%; azot poniżej 0,8% popiół ok. 6,0% siarka ok.0,1%.

W Dani zbudowano ponad 12000 małych kotłowni i 54 ciepłownie zasilane biomasą w większości słomą. Opłacalny zasięg zasilania ok. 50 km. Poniżej podano charakterystykę wybranych elektrociepłowni w Danii

Dane	Aabenraa	Masnedo	Slagelese	Holstebro
Moc elektryczna MW	40	8,3	11,7	28
Moc cieplna MW	-	20,8	28	67
System zasilania	Rozdrabnianie+ ruszt	Rozdrabnianie + ruszt	Nacinanie + ruszt	Efekt cygara

W Polsce ocenia się, że produkcja podstawowych zbóż wynosi ok. 17mln ton rocznie co stanowi równoważność 8,5 mln t węgla kamiennego.

Odpady drzewne. Substancja niejednorodna składająca się z : chemicelulozy - 16,2MJ/kg, ligniny- 28,8, celulozy 17,3; żywic 36MJ/kg. Średnia wartość opałowa suchej masy drewna wynosi 18,5 MJ/kg.

Bilans drewna energetycznego w Polsce

Miejsce pozysku drewna	Ilość w m^3 w mln	Energia pierwotna PJ
Drewno opałowe z lasów	3,8	22
Odpady produkcyjne	9,0	52
Drewno z odzysku	5,5	5,5
Razem	18,3	106

Ponadto są zamierzenia zakładania plantacji topoli , wierzb czy wikliny o wydajnościach ok. 16 t świeżego drzewa na rok i hektar. Spalanie drewna może odbywać się z zastosowaniem pirolizy. Termiczny rozkład drewna następuje w kilku fazach: do 170^oC wydzielanie się wody, 170 -270^o wydzielanie CO i CO₂ w procesie egzotermicznym przy silnym wydzielaniu kwasu octowego, smoły i węglowodorów lotnych, 280 -400⁰C wydzielanie węglowodorów i wodoru (5,8% masy). Zawartość popiołu ok. 1%. Zależność wartości opałowej od wilgotności całkowitej dla różnych rodzajów drewna podano poniżej

Kruczek S. Kotły. Oficyna wydawnicza Politechniki Wrocławskiej 2001 r.

Era węgla

---