1. 1 - 12 |
2. 13 - 24 |
3. 25 - 36 |
4. 37 - 48 |
5. 49 - 60 |
6. 61 - 72 |
7. 73 - 84 |
8. 85 - 96 |
9. 97 - 101 |

Odpady z różnych sektoróu jako potencjalna biomasa dla energii odnawialnej w Polsce

Materiały z konferencji: „Wdrażanie przepisów UE regulujących wykorzystanie odnawialnych źródeł energii w wybranych krajach członkowskich, ze szczególnym uwzględnieniem zagadnienia wykorzystania biomasy”

organizowane we współpracy z Urzędem Marszałkowskim Województwa Dolnoślaskiego

Dolnośląską Agencją Energii i Środowiska

Stowarzyszeniem na Rzecz Zrównoważonego Rozwoju

Temat:

WASTE FROM DIFFERENT SECTORS AS A POTENTIAL BIOMASS FOR RENEWABLE ENERGY IN POLAND - PRACTICAL APPROACH

ODPADY Z RÓŻNYCH SEKTORÓW JAKO POTENCJALNA BIOMASA DLA ENERGII ODNAWIALNEJ W POLSCE - PRAKTYCZNE PODEJŚCIE

1. Wprowadzenie

Rozwój cywilizacyjny świata oraz związana z tym konieczność zużywania coraz większych ilości paliw kopalnych, takich jak węgiel kamienny, brunatny, ropa naftowa czy gaz, spowodowały wystąpienie i ciągłe pogłębianie się tzw. efektu cieplarnianego, który wywołuje anomalia klimatyczne w skali światowej i różne kataklizmy typu katastrofalnych powodzi, susz, huraganów itp.. Największy wpływ na wystąpienie efektu cieplarnianego ma dwutlenek węgla, określany na 55%, a dopiero w dalszej kolejności związki powodujące degradację powłoki ozonowej (24%), metan (15%) i pozostałe gazy (6%).

Dlatego też pod egidą ONZ organizowane są już od dawna konferencje międzynarodowe na najwyższych szczeblach rządowych, na któcych podejmowano postanowienia o zmniejszaniu emisji dwutlenku węgla do atmosfery. Na konferencji w Kyoto w Japonii w 1997 r. przyjęto decyzję o kolejnej już redukcji gazów cieplarnianych średnio o 5,2% w okresie 2008-2012 w porównaniu z emisją w roku 1990.

Unia Europejska przyjęła na siebie zobowiązanie jeszcze większej redukcji emisji dwutlenku węgla, bo aż o 8% w tym samym okresie.

Jednym ze sposobów zmniejszania tej emisji jest zwiększanie udziału energii odnawialnej w całkowitej produkcji energii.

Obecnie w krajach Unii Europejskiej ok.8% całkowitego zużycia energii pierwotnej pochodzi ze źródeł energii odnawialnej, a w roku 2010 wskaźnik ten ma wzrosnąć do 12%.

Według opracowanego w październiku 2005 r. przez Komisję Europejską Planu Działania w sprawie biomasy obecnie Unia Europejska biomasą zaspokaja 4% swego zapotrzebowania na energię, co stanowi 50% ogólnej ilości energii odnawialnej, pochodzącej ze wszystkich źródeł.

Dla porównania w naszym kraju ilość energii odnawialnej w całkowitym zużyciu energii ocenia się zaledwie ok.2,5%. Mamy zatem przed sobą bardzo poważne zadania, aby próbować doganiać stare kraje Unii Europejskiej, do których przecież dołączyliśmy.

Do podstawowych źródeł energii odnawialnych zaliczamy:

1. Energię słoneczną

2. Energię wodną

3. Energię wiatrową

4. Energię geotermalną

5. Biomasę

W naszym kraju możemy liczyć głównie na biomasę, ponieważ w pozostałych źródłach energii, ze względów naturalnych, mamy niewielkie możliwości.

2. Biomasa

Do biomasy zalicza się cała roślinność, występująca na ziemi, która asymiluje dwutlenek węgla z powietrza w procesach fotosyntezy w czasie swojego okresu wegetacji. W czasie późniejszego spalania biomasy dwutlenek węgla oddawany jest z powrotem do atmosfery, a więc końcowy bilans jest zerowy. Dlatego biomasa traktowana jest jako źródło energii, które nie emituje do atmosfery ziemskiej ani grama dwutlenku węgla, zatem nie ma żadnego wpływu na pogłębianie się efektu cieplarnianego.

Do biomasy zalicza się także biogaz oraz olej roślinny i alkohol.

Ocenia się, że przy pełnym wykorzystaniu dostępnej biomasy dla celów energetycznych w naszym kraju można z tego źródła zaspokoić około 8% całkowitego zapotrzebowania na energię pierwotną w przyszłości. Jest to więc poważne źródło energii odnawialnej, które należy bezwzględnie wykorzystać.

3. Odpady biomasy w Polsce

Podstawowymi sektorami gospodarczymi, w których występują odpady biomasy, są sektory rolnictwa i leśnictwa oraz przemysłu drzewnego..

3.1 Sektor rolnictwa.

Głównym źródłem odpadów w sektorze rolnictwa jest produkcja zbóż, której podstawowym celem jest uzyskiwanie ziarna na pasze dla zwierząt i drobiu oraz dla przetwórstwa na produkty spożywcze dla ludności. Pozostaje słoma, którą można traktować jako odpad w tej produkcji. Jest ona wykorzystywana od dawna w hodowli zwierząt jako ściółka a od kilku lat w produkcji pieczarek, pomidorów oraz do innych celów. Według danych statystycznych w Polsce corocznie uzyskuje się ogółem około 30 milionów ton słomy, z czego około 20 milionów zużywa się na wymienione wyżej cele a pozostałych 10 milionów ton można wykorzystać dla celów energetycznych. Jednak dotychczasowe wykorzystanie słomy dla celów energetycznych jest niewielkie, ze względu na niezbyt jeszcze duże rozpowszechnienie urządzeń do jej spalania, a głównie rozdrabnia się ją i przyoruje do gleby. W przeliczeniu energetycznym na węgiel, 10 milionów ton słomy równoważy ok. 7 milionów ton węgla.

3.2. Sektor leśnictwa i przemysłu drzewnego

W sektorze leśnistwa i przemysłu drzewnego powstają odpady w postaci:

a) zrębków wytwarzanych w czasie wyrębu drzew w lasach z obcinanych końcówek drzew i gałęzi,

b) kory z procesu okorowywania drewna, trocin i obrzynków w produkcji tartacznej,

c) trocin, obrzynków i zrębków powstających w produkcji stolarki budowlanej, sklejki, mebli i innych wytworów przemysłu drzewnego.

Ponadto w leśnictwie pozyskuje się duże ilości drewna opałowego kawałkowego z takich rodzajów drzew, które nie są przydatne dla produkcji przemysłowej.

Według różnych źródeł ilość wspomnianych wyżej odpadów szacuje się ogółem na około 6 milionów ton rocznie, co równoważy spalanie ok. 4 milionów ton węgla.

4. Technologie spalania biomasy

4.1. Technologia spalania słomy

Wykorzystanie słomy jako paliwa w prymitywnych piecach do ogrzewania budynków mieszkalnych na wsi a nawet pod płytami kuchennymi w ubogich rodzinach wiejskich, znane było od dawna. Takie prymitywne spalanie słomy charakteryzuje się, oczywiście, bardzo niską sprawnością cieplną (najwyżej 30 – 35%) i emisją do atmosfery dużych ilości tlenku węgla, pyłów i szkodliwych substancji organicznych.

Profesjonalne podejście do energetycznego wykorzystania słomy zaczęło się w niektórych krajach europejskich, a szczególnie w Danii, w latach 70-tych, czyli w latach tzw. kryzysu paliwowego. Wówczas rozpoczął się szybki rozwój konstrukcji kotłów centralnego ogrzewania opalanych słomą, które zaczęły zastępować dotychczasowe kotły olejowe lub gazowe i które zapewniały wyższą sprawność cieplną oraz niższe emisje szkodliwych składników spalin. Liderem w tej dziedzinie stała się Dania. Opracowano i wdrożono do praktyki trzy podstawowe systemy spalania słomy:

-okresowo-cykliczne spalanie ładunków słomy w tzw. kotłach

wsadowych; są to kotły o mocy do 1000 kW.

-spalanie słomy ciętej na odcinki o długości 5 – 10 cm w kotłach automatycznych o działaniu ciągłym; są to kotły o mocy od 1 do kilkunastu MW,

-spalanie słomy w tzw. „systemie cygarowym” w kotłach o działaniu ciągłym; są to kotły o mocy od 1 do kilkunastu MW.

4.1.1. System okresowo-cyklicznego spalania słomy

System okresowo-cyklicznego spalania słomy znalazł praktyczne zastosowanie w małych jednostkach kotłowych o mocy cieplnej od 30 kW do 1000 kW. Jest to bowiem najprostszy i najtańszy system, nie wymagający stosowania mechanicznych urządzeń transportowych i rozdrabniających słomę, dostarczaną w postaci różnorodnych balotów. Słoma, pomimo pewnych podobieństw do węgla w aspekcie energetycznym, wykazuje zasadnicze różnice w zachowaniu się podczas procesu spalania, które należy uwzględniać przy konstruowaniu urządzeń do jej spalania.

Usprawnieniem procesu spalania słomy i konstruowaniem dobrych kotłów na słomę zajął się Duński Instytut Technologiczny na zlecenie duńskich agencji rządowych. W wyniku przeprowadzonych badań ustalono, że dla uzyskania prawidłowych efektów energetycznych i emisyjnych słoma musi być spalana w dwóch fazach:

- fazie I słoma musi być spalana w warunkach zmniejszonej ilości powietrza, czyli w atmosferze redukcyjnej, aby uzyskać gaz

zawierający głównie CO oraz palne składniki organiczne,

- w fazie II do otrzymanego gazu należy doprowadzić odpowiednią ilość powietrza, aby nastąpiło utlenienie CO do CO2 i spalenie innych składników gazu.

Dla takiego systemu spalania opracowano szereg rozwiązań konstrukcyjnych dla kotłów. Najbardziej skutecznym i praktycznym rozwiązaniem okazał się tzw. „system przeciwprądowy”.

W Polsce kotły wsadowe na słomę pojawiły się na początku lat 90-tych z transferu technologii duńskich. W roku 1993 polska spółka prywatna zakupiła know how w firmie duńskiej SKELTEK na produkcję wsadowego półautomatycznego kotła na słomę RM 10 EKOPAL. Kocioł ten jest przystosowany do spalania małych prostopadłościennych balotów o wymiarach 80x40x40 cm lub o wymiarach zbliżonych. Jednorazowy wsad do kotła obejmuje 4 takie baloty o łącznym ciężarze ok. 48 kg. Jest to kocioł o przeciwprądowym systemie spalania słomy. Nominalna moc kotła wynosi 65 kW, a sprawność cieplna 80%. Zawartość CO w spalinach wynosi < 1000 ppm a części organicznych < 100 ppm

(Rys. 1)

W oparciu o przeciwprądowy system spalania słomy z kotła RM 10 EKOPAL opracowano konstrukcje następnych kotłów typu RM EKOPAL o innych mocach.

Obecnie firma Metalerg produkuje 10 wielkości kotłów RM EKOPAL o mocy od 30 kW do 1000 kW.

4.1.2. Spalanie słomy ciętej

Dla dużych kotłowni budowanych do ogrzewania całych osiedli wiejskich i miejskich, gdzie niezbędne są moce cieplne od kilku do kilkunastu MW skonstruowano i wdrożono kotły do spalania słomy ciętej. Słoma dostarczana do kotłowni w postaci balotów różżnej wielkości jest tutaj rozdrabniana i w takiej postaci dostarczana przenośnikami do kotłów.Ten system spalania jest najbardziej rozpowszechniony w kotłowniach o dużej mocy

.(Rys. 3)

Automatyczne kotły na ciętą słomę pojawiły się w Polsce na początku lat dziewięćdziesiątych, jako kotły importowane z Danii. Zbudowano w tym czasie kilka kotłowni z takimi kotłami w północnej części Polski. W późniejszych latach zaczęto produkcję takich kotłów w Polsce. Pierwsze kotły automatyczne zainstalowane zostały w Przedsiębiorstwie Energetyki Cieplnej w Lubaniu.

4.1.3. Tak zwany "cygarowy" system spalania

Tak zwany "cygarowy" system spalania polega na tym, że do przestrrzeni spalania kotła wciskany jest balot i tam strona czołowa tego balotu spala się a w miarę tego spalania balot jest przesuwany automatycznie i za nim wprowadzany jest balot kolejny. System ten powstał w Danii, gdzie wprowadzono go do kilku kotłowni.
(Rys. 4)

Ten system spalania okazał się niezbyt korzystnym, głównie ze względu8 na to, że regulacja procesu jest bardzo trudna i dlatego nie da się go łatwo automatyzować. W nowych kotłowniach nie stosuje się już takiego systemu spalania.

W Polsce nie zbudowano żadnej kotłowni z systemem "cygarowym" spalania słomy.

4.2.Technologia spalania drewna i odpadów drzewnych

Drewno w różnej postaci, zarówno kawałkowe, jak i w postaci rozdrobnionej, można z powodzeniem spalać w kotłach wsadowych na słomę z systemem spalania przeciwprądowego. Kotły te posiadają duże komory spalania, w których umieszcza się baloty słomy róznego rodzaju i wielkości i do tych komór można ładować również drewno w różnych postaciach (drewno kawałkowe, trociny, zrębki, pelety, pocięte gałęzie itp), najlepiej razem ze słomą. Spalanie odbywa się w sposób prawidłowy i efektywny.

Najbardziej rozpowszechnionym systemem spalania drewna i odpadów drzewnych, zarówno w dużych jednostkach kotłowych eksploatowanych w ogrzewnictwie jak i w produkcji energii elektrycznej jest spalanie tej biomasy w postaci rozdrobnionej. Są to zrębki, trociny, pelety itp., które można podawać do kotła za pomocą przenośnika ślimakowego. System taki jest również stosowany w jednostkach kotłowych małej mocy, wykorzystywanych do ogrzewania indywidulanych domków jednorodzinnych lub podobnych obiektów.

Literatura

1. Rada Unii Europejskiej - Plan działania w sprawie biomasy Bruksela, 13 grudnia 2005 r.

2. Danish Technological Institute - energetyczne wykorzystanie drewna rok wydania 2001.

3. Biomass for energy - Danish solutions DAnish Energy Agency

Opracował:

Inż. Ludwik Bednarz

ul. Kozanowska 107/9

54-152 WROCŁAW

jurek