2306


2. POMPY CIEPŁA I ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII

2.3 Biomasa

Ilość i dostępność biomasy jako biopaliwa

Konwergencja Leśnych Kompleksów Promocyjnych z istniejącymi kotłami grzewczymi na odpady 0x01 graphic


Leśne Kompleksy Promocyjne:

1

Lasy Oliwsko - Darżlubskie

2

Lasy Puszczy Bukowej i Goleniowskiej

3

Bory Tucholskie

4

Lasy Puszczy Białowieskiej

5

Bory Lubuskie

6

Lasy Gostyńsko - Włocławskie

7

Lasy Rychtalskie

8

Lasy Puszczy Kozienickiej

9

Lasy Janowskie

10

Lasy Beskidu Śląskiego

Kotły grzewcze na odpady drewna

Stępnica

Stępnica

Repsko

Kępice

Goleniów

Kliniska

Mierzyn

Moryń

Międzybórz

Czersk

Wejherowo

Wejherowo

Ryjewo

Rychlik

Elbląg

Braniewo

Morąg

Morąg

Lubawa

Ogonki

Pisz

Drygały

Ostrołęka

Łomianki

Ząbki

Wołomin

Otwock

Łódź

Wieruszów

Ostrów Wielkopolski

Słonawy

Gorzewo

Zbąszyń

Dobiegniew

Babimost

Zielona Góra

Gubin

Bydgoszcz

Mała Grzywna

Goszcz

Ziębice

Głuchołazy

Skoczów

Rytro

Lublin


Najnowsze określenia Unii Europejskiej (THERMIE, 1995) wskazują, że biomasa obejmuje wszelką substancję organiczną pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, jak też wszelkie pochodne substancje uzyskane z transformacji surowców pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego. Do substratów zalicza się m. in. drewno z plantacji drzew szybkorosnących, drewno odpadowe w leśnictwie i drzewnictwie. gnojowice i obornik w hodowli zwierząt, słomę w produkcji zbożowej, odpady organiczne w przemyśle rolno-spożywczym. Do
biomasy zalicza się również substancje organiczne występujące w osadach ściekowych w komunalnych oczyszczalniach ścieków. Biomasę można wiec pozyskiwać z rolnictwa (słoma, biogaz z gnojowicy), z leśnictwa i drzewiarstwa (drewno opałowe), z gospodarki komunalnej (makulatura, biogaz z wysypisk lub z oczyszczalni ścieków), albo z przemysłu (odpady przemysłu celulozowo-papierniczego. przemysłu tekstylnego, przemysłu spożywczego, etc.).

Biomasa jest to albo materiał pochodzenia roślinnego (drewno, słoma, ścieki ligninowe, makulatura), albo zwierzęcego (komunalne osady ściekowe, obornik, gnojowica), albo też substancje przetworzone (biogaz z fermentacji metanowej gnojowicy, osadów ściekowych, odpadów wysypiskowych: bioetanol z fermentacji alkoholowej, głównie ziemniaków; gaz pirolityczny z gazyfikacji drewna lub osadów ściekowych). Tak wiec biomasa podzielona została na dwie grupy:

W Polsce produkuje się około 19 mln nr drewna rocznie (w 1993 r.), z czego około 3.5 mln nr drewna opałowego pozyskiwanego z lasów (w 1997 r.). Około 4/5 tarcicy staje się drewnem odpadowym w formie trocin, zrzynów. wiórów itp.. a 1/5 trafia na rynek jako końcowe produkty (meble. okna. drzwi, podłogi, etc.). Do celów energetycznych można używać różnych postaci drewna odpadowego.

W leśnictwie na przykład wyróżnia się albo grubiznę opałowa, albo drobnice gałęziową czyli chrust (tyczki i gałęzie). W Polsce pozyskuje się aktualnie około 2 mln m3 grubizny opałowej oraz 1.5 mln m3 drewna małowymiarowego. czyli razem 3.5 mln m3 drewna (M. Jaworowski. 1998. informacja bezpośrednia). Grubizna to pnie cięte do długości l m oraz dzielone na kłody, gdy średnica pnia przekracza 25 cm. Chrust ma średnice poniżej 8 cm i również przycinany jest do długości l m do składowania w lesie przed wywiezieniem do użytkownika. Najwięcej drewna opałowego pozyskują Regionalne Dyrekcje Lasów Państwowych we Wrocławiu. Szczecinie. Białymstoku i Olsztynie, a najmniej w Warszawie, Radomiu. Krakowie i Pile. Obok wymienionych 3.5 mln m3 drewna opałowego w lesie powstaje od 2 do 2.5 mln m3 odpadów leśnych jako odpadów zrębowych i drobnych gałęzi (o średnicy < 6 cm), które nie są towarem rynkowym i zwyczajowo wzbogacają ściółkę leśną, zgodnie z życzeniem leśników. Drewno opałowe sprzedawane jest przez leśników jako "loco las". Ceny drewna opałowego to 50 PLN/m3 za grubiznę i około 30 PLN/m3 za drobnice w stągwiach w lesie. Odbiorca drewna opałowego jest albo mała energetyka, albo fabryki płyt wiórowych, konkurujące o drewno.

Osobna pozycję w bilansie zasobów stanowi drewno odpadowe w gospodarce. Należy bowiem uwzględnić, że z każdych 100 m masy drzewnej pozyskiwanej w lesie, na korę przypada 10 m3, na chrust - 15 m3 na grubiznę opałowa - 20 m3, na trociny i zrzyny - 19 m3, na tarcice - 36 m3, a na gotowe wyroby z drewna przypada tylko 20-25 m3 z pozycji "tarcica" (Guzenda i Świgoń, 1997). Analizy wskazują, że nie ma w Polsce możliwości większego wzrostu ilości drewna odpadowego, nawet po szerszym wprowadzeniu plantacji drzew szybkorosnących (topola i wierzba krzewiasta). Jeżeli z pozyskiwanych 20 mln m3 drewna rocznie odliczy się 4/5 na odpady, to uzyskuje się 16 mln m3 drewna rocznie do ewentualnego zagospodarowania. Zasoby drewna do energetycznego wykorzystania wynoszą więc około 16 mln m3. Średnia gęstość drewna opałowego wynosi 450 kg w l m3 (Gawrońska, 1997), a więc zasoby wynoszą 7,2 mln t drewna rocznie, czyli równoważność około 4 mln t węgla kamiennego (Kowalik, 1994).

Kotły do spalania drewna produkowane są w Polsce przez wielu producentów. Najbardziej znane zakłady to m.in. firma KUBACKI w Hajnówce produkująca kotły typu MODERATOR, przedsiębiorstwo WUSP-MET w Pleszewie, firma FUWI w Elblągu. Ocenia się, że na rynek trafiło już ponad 16000 kotłów do spalania drewna o łącznej mocy powyżej 600 MW. Obserwuje się też szereg interesujących obiektów pilotowych, m.in. w Kliniskach k. Szczecina (0.8 MW), Rychlikach k. Elbląga (3 MW), Wejherowie (2 MW). Postęp w dziedzinie energetycznego wykorzystania drewna odpadowego jest w Polsce znaczny.

Technologia gazyfikacji polega na wytlewaniu, pirolizie i gazyfikacji biomasy celem wytwarzania pirolitycznego gazu drzewnego i węglowego, służącego do napędu silników spalinowych, poruszających generatory prądu elektrycznego. Gazyfikuje się m.in. zrębki drzewne, granulowaną słomę lub granulowane odpady organiczne. Istniejące technologie wymagają stosowania biomasy o małej zawartości części popielnych (Deptuła i wsp., 1997). Tymiński (1997) wskazuje, że w Polsce technologia pirolizy i gazyfikacji drewna jest stosowana od kilku lat. M.in. Zakłady WUSP-MET w Pleszewie i Zakłady Maszynowe HAMECH w Hajnówce produkują zestawy energetyczne typu UZE o wydajności cieplnej od 25 kW do 197 kW. Zestawy te są przystosowane do paliw w postaci trocin, wiórów, zrębków, rozdrobnionej kory i innych drewnianych odpadów. Produktem zgazowania drewna jest mieszanina gazów palnych, zawierająca tlenek węgla (CO), wodór (Ha) oraz metan (CHU). Specjalistyczne kotły do gazyfikacji mokrego drewna w kłodach lub zrębków drzewnych wymieszanych z osadami ściekowymi produkuje przedsiębiorstwo FUWI z Elbląga.

Piotr Kowalik: Biomasa

oczyszczania powietrza - 100 EURO, absorbując 120 t węgla (wiek 10 - 50 lat) i wytwarza razem 6 ton czystego tlenu;

ochrony upraw rolnych - 50 Euro ;

korzyści z rekreacji - 22-23 EURO.

Właściwości fizykochemiczne drewna opałowego

Tab. 3.1 Skład paliwa : drewno świerkowe (% mas.)

Węgiel

19,65

Wodór

2,40

Tlen

16,55

Azot

0,2

Siarka

0,00

Zawartość popiołu

1,20

Wilgoć, H2O

60,00

Suma

100,00

Dolna wartość opałowa (kJ/kg mokrego wsadu)

6066,00

Górna wartość opałowa (kJ/kg mokrego wsadu)

8054,00

Konwersja węgla

91

Źródło: Energetyka cieplna i zawodowa nr 18 (182)

Tab. 3.2 Wielkości charakteryzujące drewno jako biopaliwo w porównaniu

z konwencjonalnymi nośnikami energii

Wielkość (%)

Drewno odpadowe

Węgiel kamienny

Gaz naturalny

Popiół

1

10

0

Węgiel

35

62

75

Chlor

0,1

0,1

0

Wodór

4,0

4,1

24

Wilgotność

30

12

0

Azot

0,1

1,0

0,9

Siarka

0,1

0,8

0

Części lotne

55

30

100

Wartość opałowa MJ/kg

13

25

43

Źródło: Energetyka cieplna i zawodowa nr 18 (182)

Tab. 3.3 Skład chemiczny suchego drewna liściastego, ciepło spalania i wartość opałowa

Rodzaj Drewna

Gęstość ρ0 kg/dm3

Udział

Ciepło spalania kJ/kg

Wartość opałowa kJ/kg

C

%

H

%

O + N

%

Ww=0%

Ww=15%

Brzoza

-

48,95

5,92

45,26

21470

20110

16730

Buk

-

48,55

5,82

45,04

21450

20100

16710

Buk

-

50,00

6,02

43,98

20235

18830

15670

Buk

0,68

48,40

6,20

45,40

19691

18830

15200

Dąb

0,73

-

-

-

19120

17765

14720

Grab

0,77

-

-

-

18975

17610

14600

Grochodrzew

0,75

49,20

5,91

43,10

21440

20080

16690

Iwa

0,46

-

-

-

17680

16325

13490

Jawor

-

-

-

-

18860

17510

14500

Jesion

0,71

-

-

-

19780

18420

15280

Kasztan

-

-

-

-

20190

18830

15630

Lipa

-

-

-

-

20080

18720

15540

Olcha czarna

0,52

-

-

-

19330

17970

14900

Topola czarna

0,45

-

-

-

19270

17920

14850

Trześnia

0,61

49,70

6,00

44,30

19883

18520

15730

Wiąz

0,65

-

-

-

20560

18490

15940

Średnio

-

49,00

6,00

44,60

19610

18250

15140

Źródło: Energetyka cieplna i zawodowa nr 18 (182)

Tab. 3.4 Skład chemiczny suchego drewna iglastego, ciepło spalania i wartość opałowa

Rodzaj Drewna

Gęstość ρ0 kg/dm3

Udział

Ciepło spalania kJ/kg

Wartość opałowa kJ/kg

C

%

H

%

O + N

%

Ww=0%

Ww=15%

Daglezja

-

-

-

42,6

20540

19180

15920

Jodła sezonowana

-

51,1

6,3

44,2

20690

19340

16065

Jodła świeża

-

49,6

6,2

41,5

20170

18820

15620

Modrzew

0,60

-

-

-

19850

18500

15350

Sosna

0,46

-

-

43,2

19930

18570

15420

Świerk

0,38

50,1

6,0

-

21830

20470

17030

Średnio

-

50,7

6,2

42,9

20690

19340

16060

Źródło: Energetyka cieplna i zawodowa nr 18 (182)

Właściwości paliwowe drewna opałowego

Tab. 3.5 Ocena techniczna spalania drewna

Wyszczególnienie

Trociny

Zrębki

Kawałki drewna długości

Brykiety z trocin lub wiórów

30 - 50 cm

100 cm

Gęstość Usypowa (kg/m3)

150 - 200

200 - 300

200 - 500

300 - 500

400 - 600

Masa jednostkowa (kg)

-

-

0,4 - 2,5

3 - 25

0,03 - 0,2

Średnia objętość magazynowania (m3/60000 kWh)

105 - 140

77 - 105

40 - 105

40 - 70

35 -50

Transport:

  • krótki odcinek

  • długi odcinek

++

+

++

++

+

+

+

+

++

++

Załadunek materiału do pieca

ciągły okresowy

ciągły okresowy

okresowy

okresowy

ciągły okresowy

Możliwość załadunku ręcznego

0

+

+

++

+

Automatyzacja załadunku

+

++

-

-

+

Możliwość regulacji mocy cieplnej

++

++

0

0

+

System spalania

specjalne piece

przedpal. ruszt mechan.

dolne palenisko

Oceny: ++ bardzo korzystna, + korzystna, 0 średniokorzystna, - niekorzystna.

Tab. 3.6 Zależność wartości opałowej drewna od wilgotności

Lp.

Wielkość

Wartość

1.

Wilgotność, %

15

20

25

30

40

50

60

80

2.

Wartość Opałowa 1 MJ/kg

15,5

14,2

13,2

12,2

10,1

7,9

5,9

3.

Wartość opałowa 2 MJ/kg

8,8

17,5

16,1

15,0

14,2

13,1

12,5

10,7

4.

Objętościowa wartość opałowa, 1 GJ/m3

6,25

5,08

4,20

3,3

2,5

1 Górzyński J. Audyting 1995

2 energetyczny, wg Guzenda R., Świgoń J., 1997

Tab. 3.7 Fizyczne właściwości paliwa z drewna

Lp.

Postać materiału

Masa usypowa

Wartość opałowa objętościowa MWh/m3

Wartość opałowa objętościowa GJ/m3

kg/m3

t/m3

1.

Szczepy

200-500

0,2-0,5

0,86-2,15

3,09-7,74

2.

Wióry

200-300

0,2-0,3

0,86-1,29

3,09-4,64

3.

Trociny

150-200

0,15-0,2

0,65-0,85

2,34-3,06


Tab. 3.8 Charakterystyka drewna opałowego

Wyszczególnienie

Zrębki z
gałęzi

Zrębki z
całego
drzewa

Zrębki z
pnia

Zrębki z
pniaka

Kora

Zrębki z
odpadów
tarcicy

Odpad z
cięcia piłą

Pył z cięcia
piłą

Zrębki z
cięcia
tarcicy

Pył z
mielenia
tarcicy

Odpady ze
sklejki

Tarcica

Zawartość wilgoci
(świeży materiał),
%

50-60

45-55

40-55

30-50

50-65

10-50

45-60

45-60

5-15

5-15

5-15

15-30

Wartość opałowa,
MJ/kg

18,5 - 20

18,5 - 20

18,5 - 20

18,5 - 20

18,5 - 20

18,5 - 20

18,5 - 20

19 - 19,2

19 - 19,2

19 - 19,2

19-19,2

18-19

Ciepło spalania
świeżego materiału,
MJ/kg

6-9

6-9

6-10

6-11

6-9

6-15

6-10

6-10

13-16

15-17

15-17

12-15

Gęstość usypowa,
kg/m3

250 - 400

250 - 350

250 - 350

200 - 300

250 - 350

150 - 300

250 - 350

250 - 350

80 - 120

100 - 150

200 - 300

150-250

Ilość uzyskiwanej
energii z jednostki
objętości, MWh/m3

0,7 - 0,9

0,7 - 0,9

0,7 - 0,9

0,8 - 1,0

0,5-0,7

0,7 - 0,9

0,5 - 0,8

0,45 - 0,7

0,45-0,55

0,5 - 0,65

0,9-1,1

0,65 - 0,8

Zawartość popiołu
w suchej substancji,
%

1-3

1-2

0,5-2

1-3

1-3

0,4-1

0,5-2

0,4 - 0,5

0,4 - 0,5

0,4 - 0,8

0,4 - 0,8

1-5

Zawartość wodoru
w suchej substancji
(H), %

6-6,2

5,4-6

5,4-6

5,4-6

5,7-5,9

5,4 - 6,4

6,2 - 6,4

6,2 - 6,4

6,2 - 6,4

6,2 - 6,4

6-6,4

6- 6,4

Zawartość siarki w
suchej substancji
(S), %

<0,05

<0,05

<0,05

<0,05

<0,05

<0,05

<0,05

<0,05

<0,05

<0,05

<0,05

<0,1

Zawartość azotu w
suchej substancji
(N),%

0,3 - 0,5

0,3-0,5

0,3 - 0,5

0,3 - 0,5

0,3 - 0,5

0,1 - 0,5

0,1 - 0,5

0,1 - 0,5

0,1-0,5

0,1 - 0,5

0,1 - 0,5

0,1-0,5

Źródło: VTT Energy, 1998


Efekty ekonomiczne i ekologiczne pracy elektrociepłowni na biomasę

Efekty ekologiczne pracy elektrociepłowni na biomasę

Tab. 3.9 Współczynniki emisji w mg/MJ w kotłowniach

Lp.

Paliwo

SO2

NOx

CxHy

CO

CO2

Pył

1.

Węgiel kamienny

420

60

30

1000

94000

50

2.

Zrębki drewniane

10

80

80

40

102000

80

Tab. 3.10 Wskaźnik emisji do atmosfery w gramach na 1 GJ energii zawartej w zużytym paliwie

Paliwo

Emisja w g/GJ

CO2

SO2

NOx

CO

Węgiel kamienny

90,240

750

150

120

Drewno

0

0

200

150

Olej opałowy

77,360

195

180

15

Tab. 3.11 Dopuszczalne wielkości wprowadzania do atmosfery ilości szkodliwych gazów (NOx i SO2) powstających w procesie spalania paliw w paleniskach o mocy < 50 MW, w g/GJ energii wprowadzonej do paleniska w paliwie

Paliwo i rodzaj rusztu

SO2

NOx

Pył

Węgiel kamienny spalany w palenisku rusztowym stałym

650

35

1370

Drzewo (lub słoma) spalane w palenisku rusztowym

-

100

-

Olej opałowy

1250

90

-

Tab. 3.12 Przykładowe emisje kotłów na biomasę

Parametr

Wielkość emisji (mg/Nm3)

SOx

50

NOx

400 (100)

CO2

0

Pył

150

ab. 3.13 Roczna redukcja zanieczyszczeń w stosunku do węgla na 1MW mocy zainstalowanej

Parametr

Wielkość redukcji zanieczyszczeń (t)

SOx

3,15

NOx

0,14

CO2

578,00

Pył

7,90

Sektor energetyki oraz ciepłownictwo oparte o paliwa konwencjonalne są głównym źródłem zanieczyszczenia środowiska. Energetyka w Polsce odpowiedzialna jest za odprowadzanie do atmosfery 70% całkowitej ilości emitowanego dwutlenku węgla, 63% tlenków siarki, 41 % tlenków azotu oraz 30% pyłów i 10% odpadów.

Poniżej przedstawione zostaną efekty ekologiczne i oszczędności finansowe z tytułu zmniejszenia poziomu emisji substancji szkodliwych do atmosfery w wyniku zastąpienia jednostki (tona) paliw tradycyjnych odnawialnymi zasobami energetycznymi (biomasą). Wykonane analizy wykazały, że zastąpienie jednej tony węgla kamiennego o kaloryczności 18,8 MJ/kg, odnawialnymi źródłami energii spowoduje redukcję dwutlenku węgla (CO2) o blisko 2,2 tony, dwutlenku siarki (SO2) o 20 kg, pyłów o 7 kg, tlenków azotu (NOx) o 5 kg i metali ciężkich o 0,8 kg. Zredukowane zostaną także odpady stałe o łącznej masie284 kg. Efekty ekologiczne zastąpienia wybranych paliw konwencjonalnych odnawialnymi zasobami energetycznymi przedstawiono w tabeli 9.6

Tab. 3.14 Efekty ekologiczne zastąpienia 1 tony wybranych paliw konwencjonalnych odnawialnymi źródłami energii

Wyszczególnienie

Węgiel

1t

Węgiel

8.245 t

Kaloryczność MJ/kg

18,8

-

CO2 (kg)

2 200

18.139.000

SO2 (kg)

20

164.900

Pyły (kg)

7

57.715

NO× (kg)

5

41.225

Metale ciężkie

0,8

6.596

Efekty ekonomiczne pracy elektrociepłowni

Tab. 3.15 Oszczędności finansowe z tytułu nie wniesionych opłat za wprowadzanie substancji zanieczyszczających do powietrza w wyniku zastąpienia 1 tony wybranych paliw konwencjonalnych odnawialnymi źródłami energii

Wyszczególnienie

Stawka jednostkowa w zł/kg

Węgiel 1t (zł)

Węgiel 8.245 t (zł)

CO2 (zł/Mg)

0,15

0,33

2.721

SO2

0,28

5,60

46.172

Pyły

0,15

1,05

8.657

NOx

0,28

1,40

11.543

Razem

*

8,38

69.093

a) Redukcja emisji zanieczyszczeń do atmosfery spowoduje oszczędności finansowe z tytułu nie wniesionych opłat za ich wprowadzanie. Korzyści te zostały obliczone na podstawie przewidywanych efektów ekologicznych oraz Rozporządzenia Rady Ministrów z 30 grudnia 1997 roku w sprawie opłat za wprowadzanie substancji zanieczyszczających do powietrza.

Najwyższe oszczędności z tytułu redukcji emisji zanieczyszczeń przynosi zastępowanie węgla biomasą.

b) Dodatkowe korzyści finansowe wynikają z zastąpienia węgla źródłami energii odnawialnej - biomasą. Zastąpienie źródeł energii przyczynia się nie tylko do obniżenia skażenie środowiska, lecz także powoduje zmniejszenie wydatków na zakup węgla. Obecnie koszt zakupu 1 tony węgla wynosi 270 zł/1t. Takie efekty finansowe uzyskuje się rezygnując z zużycia jednostki tego paliwa. Rezygnując z zakupu 8.245 ton węgla rocznie powstają zatem oszczędności w wysokości 2.226.150 zł.

Skumulowany efekt finansowy roczny : 2.295.243 zł

a)

69.093 zł

b)

2.2262150 zł

Razem

2.295.243 zł

Aspekty organizacyjno - techniczne funkcjonowania elektrociepłowni na biomasę

Organizacyjno - techniczne problemy funkcjonowania elektrociepłowni na biomasę są takie same jak elektrociepłowni węglowej. W przypadku elektrociepłowni na biomasę szczególnym problemem jest jednak zagadnienie magazynowania i dostarczania biopaliwa.

Elektrociepłownia o mocy cieplnej 5 MW zużywa rocznie maksymalnie ok.20 000 ton drewna opałowego o objętości ok. 30 000 m3. Przyjmując, że na placu składowym powinien zmieścić się kwartalny zapas biopaliwa, plac ten powinien pomieścić ok. 10 000 ton drewna opalowego. Przy powierzchni placu składowego 1 ha daje to grubość warstwy składowanego drewna równą 1 m.

Miesięcznie drewno na placu składowym powinno być uzupełniane w ilości ok. 3 000 m3. Przyjmując, że jeden samochód ciężarowy przewozi ok. 20 m3 drewna, przy dwuzmianowej pracy obsługi na plac składowy powinien przyjeżdżać jeden samochód ciężarowy co godzinę.

Problem właściwej organizacji zasilania elektrociepłowni na biomasę w biopaliwo należy do najpoważniejszych problemów organizacyjno - technicznych funkcjonowania elektrociepłowni.



7

12


Wyszukiwarka