Charakterystyka rynku kotłów na biomasę ze względu na emisyjność i dyrektywę

Charakterystyka rynku kotłów na biomasę ze względu na emisyjność i dyrektywę

Charakterystyka rynku kotłów na biomasę ze
względu na emisyjność i dyrektywę
Ecodesign (Ekoprojektu)
VII Forum Przemysłu Energetyki Słonecznej i Biomasy
Racibórz, 12-13 Czerwca 2014
Dr inż. Krystyna Kubica, Politechnika Śląska, Instytut Techniki Cieplnej
[email protected]
Instytut Techniki Cieplnej
Konarskiego 22, 44-100 Gliwice
Polityka klimatyczna Unii Europejskiej
- związek z jakością powietrza
Cele pakietu energetyczno-klimatycznego:
▪ zwiększenie efektywności energetycznej o 20%,
▪ zwiększenie udziału energii ze źródeł odnawialnych o 20%,
▪ redukcja emisji gazów cieplarnianych o 20% do końca 2020 roku.
Redukcja emisji CO2, wzrost efektywności energetycznej → zazwyczaj
zmniejszenie emisji zanieczyszczeń powietrza, związanych ze spalaniem
paliw; poprawa jakości powietrza - zbieżność efektów.
Wzrost udziału energii ze źródeł odnawialnych – biomasy → może
powodować, w zależności od zastosowanej technologii, wzrost emisji
zanieczyszczeń z jej spalania; pogorszenie jakości powietrza .
Instytut Techniki Cieplnej
Konarskiego 22, 44-100 Gliwice
Inwentaryzacja emisji w UE – główne źródła emisji PM
Pye S. at al.; Costs and environmental …. AEAT/ED48256/ Final Report Issue 2;
http://ec.europa.eu/environment/archives/cafe/pdf/final_report_aeat.pdf
Emission of PM; Kubica K., Kubica R., Pacyna J., NILU Polska,
Brussels, Sept. 2005
Emisja PM z instalacji spalania małej mocy
– znaczenie rodzaju paliwa/techniki spalania
grains fractions
% shares
%
frakcjiofziarnowych,
Udziały
100%
90%
Średnica
ziarna
80%
grai size
mm
70%
60%
> 10
50%
40%
2,5 - 10
30%
1 - 2,5
20%
<1
10%
0%
Pellet
pellets
Zrębki
chips
Dr. kawałkowe
logs
Węgiel
coal
fuels
Paliwa
Rodzaj paliwa i techniki spalania ma kluczowy wpływ na rozkład uziarnienia
emitowanego pyłu
Prawodawstwo UE → poprawa zdrowia i stanu środowiska
CAFE - Clean Air for Europe – Strategia
tematyczna Jakości Powietrza
COM(2005) 446 final Bruksela, 21.9.2005
„Instalacje spalania małej mocy
zasilane węglem i biomasą: źródło
emisji pyłu (PM10 and PM2.5), które
winno być adresowane priorytetowo”
Cel długoterminowy – obniżenie emisji
pierwotnych PM2.5 (cząstki emitowane
bezpośrednio do atmosfery) o 59% w
2020 względem 2000
http://eurlex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=COM:2
005:0446:FIN:EN:PDF
Dyrektywa 2008/50/WE Parlamentu Europejskiego
i Rady z dnia 21 maja 2008 r. w sprawie jakości
powietrza i czystszego powietrza dla Europy
Zanieczyszczenia: PM2,5 ; PM10, C6H6, NOx,
SO2, Pb, CO, O3 („niska emisja”)
Cel: średnioroczne stężenia PM 2.5
o
27 µg/m3 w 2012
o
26 µg/m3 w 2013 i 2014
o
25 µg/m3 w 2015
o
20 µg/m3 w 2020
Narzędzia:
o
techniczne
o
prawne (dyrektywy, krajowe uregulowania)
o
pozatechniczne (dobre praktyki, edukacja)
Prawodawstwo UE
– Źródła emisji
Źródła przemysłowe:
▪
Dyrektywa 2010/75/EC Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 24 listopada 2010
r. w sprawie emisji przemysłowych (zintegrowane zapobieganie
zanieczyszczeniom i ich kontrola) (wersja przekształcona IPPC)
▪
Dyrektywa 2000/76/EC Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 4 grudnia 2000 r.
w sprawie spalania odpadów
▪
Instalacje spalania średniej mocy; MCP Medium Combustion Plants 1-50MW
Propozycja dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady ustanawiająca
graniczne wielkości emisji określonych zanieczyszczeń do powietrza z instalacji
spalania średniej mocy (MCP Directive); Bruksela 18.12.1013, COM (2013) 919
final, 2013/0442 (COD);
http://ec.europa.eu/environment/air/pdf/clean_air/Medium%20Combustion%20Plants_EN_annexes.pdf
Instalacje pozaprzemysłowe – Instalacje spalania malej mocy ≤ 1MW:
▪
Dyrektywa 2009/125/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 21
października 2009 r. ustanawiająca ogólne zasady ustalania wymogów
dotyczących ekoprojektu dla produktów zużywających energię zwana
Dyrektywą EuP (ang. Energy using Products).
http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ; http://www.eceee.org/ecodesign
Normy produktowe; EN 303-5:2012 itd.
ISMM (ang. SCIs) i ISM (ang. MCPs)
– definicje i zakres
Dyrektywa 2009/125/WE
ISMM <0,5MW/ 0,5MW
Sektory
Dyrektywa MCPs 1-50MW
Usługi
Mieszkalnictwo
Kotły domowe
Przemysł
Kotły małej
mocy; Usługi
Kominki
Rodzaje
Kotły średniej
mocy
Instiytucje/Usługi
Piece
Kotły dużej mocy / Usługi,
Instytucje i Przemysł
5 kW
15 kW
50 kW
300 kW
5 MW
20 MW
1 MW/0,5MW
Emisja zanieczyszczeń (PICs) ↔ Techniki spalania
Preparatory Studies for Eco-design Requirements of EuPs (II) [TREN/D3/390-2006/Lot15/2007/S07.74922] 2007-2009;
S. Mudgal, L. Turunen BIO IS France, R. Stewart M. Woodfield, AEAT UK, K. Kubica, R. Kubica SUT Poland;
http://www.eceee.org/ecodesign/products/solid_fuel_small_combustion_installations/BIO_EuP_Lot%2015_Task1_Final.pdf
50 MW
Instalacje Spalania Małej Mocy
– rodzaje paliw stałych i emisje
Emisje
Cząstki stałe
SO2 NH3 NOX CO LZO WWA Dioksyny i Furany
(TSP, PM10, PM2.5)
Inne
Paliwa
Biomasa
Słoma
(np. drewno)
Pelety
Antracyt
Torf
Brykiety Brunatny
i inne
węgiel
Koks Bitumiczny
węgiel
Naftowy
koks
Emisja zanieczyszczeń ↔ jakość paliwa / zawartość A, V, N, S, Cl, C,
metali ciężkich (ang. HM) rozmiar „ziarna”, uziarnienie i jego dystrybucja
Preparatory Studies for Eco-design Requirements of EuPs (II) [TREN/D3/3902006/Lot15/2007/S07.74922]; S.
Mudgal, L. Turunen BIO IS France, R. Stewart M. Woodfield, AEAT UK, K. Kubica, R. Kubica SUT Poland;
http://www.eceee.org/ecodesign/products/solid_fuel_small_combustion_installations/BIO_EuP_Lot%2015_T
ask1_Final.pdf
Instalacje spalania małej mocy opalane biomasą <1MW
Klasyfikacja
▪ Kategoria urządzeń → przenoszenie ciepła:
- bezpośrednie: kominki,
ogrzewacze pomieszczeń, piece
- pośrednie: kotły
▪ Rodzaj urządzenia → zasilanie w paliwo:
- ręczne
- automatyczne
Organizacja procesu spalania:
paliwo ↔ powietrze spalania:
- przeciwprądowy
- prąd krzyżowy
- współprądowy (BAT)
Kubica K., at al., Small combustion instalations: Techniques…
EUR 23214 EN, ISBN 978-92-79-08203-0; http://publications.jrc.ec.europa.eu/
Kotły ręcznie
zasilane
Organizacja procesu spalania - emisje
A) Przeciwprądowy
B) Prąd krzyżowy
C) Współprądowy
A)
B)
C)
Kubica K., at al., Small combustion instalations: Technique, emissions and measures for
emission reduction., EUR 23214 EN, ISBN 978-92-79-08203-0; http://publications.jrc.ec.europa.eu/
Kotły na paliwa stałe w Europie i w Polsce - rynek
Sprzedaż kotłów na paliwa stałe w Europie
wg Bosch Markt
Polska
213
Republika Czeska
41
Rumunia
31
Turcja
28
Rosja
26
Niemcy
24
Kraje bałtyckie
23
Słowacja
22
Austria
20
Francja
17
2007 rok
wartości w tys.
sztuk
▪ kotły komorowe/zasypowe
(ręczne zasilanie) od 2010 roku
notują powolny spadek
sprzedaży
▪ wg prognoz kotły na paliwa
stałe utrzymają wysoki udział
w rynku do roku 2017 ze
sprzedażą na poziomie ~170180 tyś. sztuk rocznie
Źródło: „Solid Fuel Boilers, Poland” BRG Building Solutions , maj 2013
Techniczne środki zmniejszenia redukcji emisji z SCIs biomasa
Dwa rodzaje metod redukcji
zużycia energii i emisji
zanieczyszczeń:
▪ pierwotne – organizacja procesu
spalania, jakość paliwa stałego
BAT
▪ wtórne – odpylanie, redukcja
OGC, NOx i SOx (katalityczne,
tzw. post-combustion)
KOSZTY ↔ EFEKTY
Preparatory Studies for Eco-design Requirements of EuPs (II); S. Mudgal, L. Turunen
BIO IS France, R. Stewart M. Woodfield, AEAT UK, K. Kubica, R. Kubica SUT Poland;
http://www.eceee.org/ecodesign/products/solid_fuel_small_combustion_installations/
BIO_EuP_Lot%2015_Task1_Final.pdf
Redukcja emisji toksycznych
zanieczyszczeń wskutek zastosowania
rozwiązań typu BAT
Bez wtórnych metod ograniczenia
emisji (bez układu odpylania)
Stopień redukcji
Pierwotne metody ograniczania emisji
– wpływ techniki spalania BAT na emisje
CO
LZO
PM
TOC
WWA
Kubica K., at al., Small combustion instalations: Technique,
emissions and measures for emission reduction., EUR 23214 EN,
ISBN 978-92-79-08203-0; http://publications.jrc.ec.europa.eu/
B(a)P
Parametry kotłów typu BAT automatycznie zasilanych
peletami/zrębkami
Parametr
Sprawność
energetyczna
Jedn.
BAT
%
94/92
Emisja, 13%O2
CO
mg/m3
30
Emisja TSP (bez
odpylania)
mg/m3
10/20
Emisja NOx
mg/m3
90
Emisja OGC
mg/m3
1,5
Preparatory Studies for Eco-design Requirements of EuPs (II) [TREN/D3/3902006/Lot15/2007/S07.74922] 2007-2009; S. Mudgal, L. Turunen BIO IS France, R.
Stewart M. Woodfield, AEAT UK, K. Kubica, R. Kubica SUT Poland;
http://www.eceee.org/ecodesign/products/solid_fuel_small_
combustion_installations/BIO_EuP_Lot%2015_Task6_Final.pdf
Parametry kotłów typu BAT ręcznie zasilanych drewnem
kawałkowym
Parametr
Unit
BAT
%
92
CO
mg/m3
100
TSP (bez odpylania)
mg/m3
20
NOx
mg/m3
90
OGC
mg/m3
4
Sprawność
energetyczna
Emisja, 13%O2
Preparatory Studies for Eco-design Requirements of EuPs (II) [TREN/D3/3902006/Lot15/2007/S07.74922] 2007-2009; S. Mudgal, L. Turunen BIO IS France, R.
Stewart M. Woodfield, AEAT UK, K. Kubica, R. Kubica SUT Poland;
http://www.eceee.org/ecodesign/products/solid_fuel_small_combustion_installations/BIO_EuP_Lot%2015_Task6_Final.pdf
Norma produktowa dla kotłów ≤ 0,5 MW – PN-EN 303-5:2012
PALIWO
Załadunek ręczny
Biopaliwo
Paliwo
kopalne
Paliwo
kopalne
3
CO
OGC
pył
Klasa
Klasa
Klasa
4
5
3
4
5
3
 50
5000
150
150
> 50 do 150
2500
100
150
>150 do 500
1200
≥ 50
5000
> 50 do 150
2500
100
125
>150 do 500
1200
100
125
Załadunek automatyczny
Biopaliwo
Graniczne wartości emisji, mg/m3 przy 10 % O2*1
Nominalna
moc cieplna
w kW
3
1200
4
700
5
100
150
3
50
4
30
5
150
125
3
 50
3000
100
150
> 50 do 150
2500
80
150
>150 do 500
1200
≥ 50
3000
100
125
> 50 do 150
2500
80
125
>150 do 500
1200
80
125
1000
*1 odniesiona do spalin suchych, 0°C, 1013 mbar
500
80
30
20
150
4
5
75
60
4
5
60
40
Dyrektywa 2009/125/EC dot. wymagań ekoprojektu
kotłów opalanych paliwami stałymi
Dyrektywa 2009/125/EC Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 21 października 2009 r.
ustanawiająca ogólne zasady ustalania wymogów ekoprojektu dla produktów
zużywających energię - kotłów; http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ
Working Document on a Draft COMMISSION REGULATION (EU) No …/..of XXX implementing Directive
2009/125/EC of the European Parliament and of the Council with regard to ecodesign requirements for
solid fuel boilers, http://www.eceee.org/ecodesign
▪ 0,5MW - rozszerzenie do 1 MW
▪ jako podstawa EN 303-5:2012
Paliwa stałe: drewno kawałkowe, zrębki drzewne, kompaktowane drewno w postaci pelet
i brykietów oraz trociny drzewne
▪ graniczne wartości sezonowej sprawności energetycznej, „ŋ”, (GWSSE)
▪ graniczne wartości sezonowej emisji (GWSE) CO, OGC, TSP i NOx
GWSE (GWSSE) = 0,85 x wartość emisji (ŋ) dla mocy częściowej (30% mocy nominalnej
dla kotłów z automatycznym zasilaniem i 50% dla ręcznego zasilania) + 0,15 x
wartość emisji (ŋ) dla mocy nominalnej
Wymagania techniczne „Dyrektywy 2009/125/WE dla kotłów na paliwa
stałe o mocy ≤ 500kW”, uzgodnione w trybie dyskusji na posiedzeniu KR
w dniu 10 marca 2014r.
Rok obowiązywania od 2022(1)
Rodzaj stałego
paliwa
Sprawność
energetyczna
GWSSE
%
Emisja zanieczyszczeń, GWSE, Graniczne wartości
emisji, mg/m3 przy 10 % O2
Pył (PM) (2)
OGC
CO
NOx
mg/m3
mg/m3
mg/m3
mg/m3
Automatyczne zasilanie paliwem
Biopaliwa
77; 75(3)
20
20
300
200
Kopalne
77; 75(3)
40
20
300
350
Ręcznie zasilane paliwem
Biopaliwa
77; 75(3)
20
30
500
200
Kopalne
77; 75(3)
40
30
500
350
(1) Państwa Członkowskie UE mogą wdrożyć do prawa narodowego wcześniej, przed rokiem 2022; (2) dla
kotłów o mocy ≤ 20kW oznaczany tylko dla mocy nominalnej; (3) dla kotłów o mocy ≤ 20kW.
3500
160
Kotły peletowe
140
PM[mg/m3]
3000
klasa 3
120
klasa 4
2500
CO [mg/m3]
klasa 3 EN 303-5:2012
klasa 4 EN 303-5:2012
klasa 5 EN 303-5:2012
wymagania Ecodesign
2000
1500
klasa 5
100
Ecodesign
80
LRTAP
60
40
1000
20
500
0
0
0
120 0
50
100
150
200
250
60
150
200
25
moc kW
600
OGC [mg/m3]
klasa 3
klasa 4
klasa 5
Ecodesign
80
100
300
moc kW
100
50
500
NOx [mg/m3]
400
wymagania
Ecodesign
300
40
200
20
100
0
0
50
100
150
moc kW
200
0
250 0
300
50
100
150
moc kW
200
250
Przyszłość kotłów o mocy do 0,5MW, wg dyrektywy Ecodesign
A) Przeciwprądowy
PICs - metody pierwotne BAT
redukcji
PM- wtórnemetody;
elektrofiltry
Kotły ręcznie zasilane –
grawitacyjne
B) Prąd krzyżowy
Kotły aut. – pelety, zrębki,
Kotły ręcz. – drewno
kawałkowe (zgazowujące)
Source: RUFTEC Gmbh, www.ruftec.com
C) Współprądowy BAT
Pol. Śląska – TECH Andrychów;
R.Kubica, [email protected];
Nowoczesne układy odpylania dla
instalacji spalania małej mocy..
Wymagania techniczne Dyrektywy 2009/125/WE z dnia 21.10.2009 r.
dla ogrzewaczy pomieszczeń na paliwa stałe, uzgodnione w trybie
dyskusji na posiedzeniu KR w dniu 11.03.2014r.
Rok obowiązywania 2022(1)
Urządzenie
Sprawność
energetyczna
Emisja zanieczyszczeń GWSE,
Pył (PM)
SSE
Ogrzewacze
pomieszczeń, otwarte
OGC
CO
NOx
%
mg/m3 (2)
g/kg (3)
mg/m3
mg/m3
mg/m3
30
50
5
100
1800
200
200(4)
Ogrzewacze
pomieszczeń,
zamknięte
65
Piece peletowe
79
40
5
100
1250
300(5)
20
2,5
40
250
200
200(4)
Kuchnie
65
40
5
100
1500
300(5)
(1)
(2)
(3)
(4)
Państwa Członkowskie UE mogą wdrożyć do prawa narodowego wcześniej/ przed rokiem 2022;
oznaczany metodą grzanego filtra;
oznaczany metodą tunelu rozcieńczającego;
dla stałych biopaliw, (4) dla stałych paliw kopalnych.
Prawodawstwo UE
Gaz ziemny
Gazowe inne
niż gaz ziemny
400
170
350
-
35
NOx
650
650
200
650
200
250
PM
301
30
-
-
SO2
200
400
170
350
-
35
NOx
300
300
200
300
100
200
PM
202
20
20
20
-
-
Ciezki olej
opałowy
200
Inne paliwa
stałe
SO2
Biomasa
Emisja
dopuszczalna;
graniczne
wielkości
emisji GWE,
mg/Nm3 dla
instalacji
spalania
średniej mocy
Ciekłe, inne niż
ciezki olej
opałowy
– GWE dla instalacji spalania średniej mocy MCPs
Istniejące instalacja
1
30
30
Nowe instalacje
45 mg/Nm3 dla instalacji o mocy poniżej 5MW;
poniżej 5MW
2
25 mg/Nm3 dla instalacji o mocy
Możliwości spełnienia wymagań dyrektywy ECODESIGN
i dyrektywy MCP
Dyrektywa ECODESIGN
▪ emisje CO, OGC, NOx, PM → implementacja pierwotnych metod redukcji
emisji - technologii spalania BAT
▪ emisje PM
→ wtórne metody redukcji emisji, odpylanie
Dyrektywa MCP
▪ emisje SO2, NOx, PM
▪ emisje PM
→ implementacja pierwotnych metod redukcji
emisji - technologii spalania BAT
→ wtórne metody redukcji emisji – odpylanie,
(odsiarczanie, odazotowanie)
Dyrektywa ECODESIGN, Eko - Projektu (EuP) winna/będzie stanowić
narzędzie wspomagające redukcję emisji z nieprzemysłowych ISMM –
poprawę jakości powietrza!
Dziękuję za uwagę!
Instytut Techniki Cieplnej
Konarskiego 22, 44-100 Gliwice