ogrzewnictwo indywidualne

Narodowy Fundusz Ochrony
Środowiska i Gospodarki Wodnej
Warszawa 28.01.2015
Wytwarzanie ciepła z biomasy –
aspekty jakościowe
dr hab. inż. Jarosław Zuwała, prof. nadzw.
Z-ca Dyrektora ds. Badań i Rozwoju
Wprowadzenie
układy skojarzone elektrociepłownie
ciepło z biomasy
układy dedykowane –
ciepłownie/
instalacje zgazowania
układy dedykowane
– ogrzewnictwo
indywidualne
2/15
Zużycie biomasy, a produkcja ciepła
Bilans nośników energii odnawialnej w latach 2007-2013 [TJ]
Zużycie na wsad przemian z tego:
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
Elektrownie/
elektrociepłownie zawodowe
17471
30428
46497
54804
65520
92840
73138
Ciepłownie zawodowe
1529
1897
1555
1447
1404
1424
1546
Elektrownie/
elektrociepłownie przemysłowe
6266
5726
6650
9437
11247
10950
12462
Ciepłownie przemysłowe
168
200
381
431
368
261
449
3/23
Układy dedykowane –
ogrzewnictwo indywidualne
Urządzenia grzewcze o mocy do 1 MW:
kominki
piece
kotły,
rzadziej piece „zgazowujące”
4/23
kotły c.o.
piec kaflowy z układem
palnika na pelety
kotły c.o. najczęściej na speletyzowaną
biomasę lub zrębki, czasem kominki
z układem podawania peletów
kotły c.o.
z modułem zgazowującym
Układy dedykowane –
ogrzewnictwo indywidualne
Krajowe konstrukcje kotłów c.o. zasilanych biomasą
Klasa 5 (najwyższa wg. PN-EN 303-5:2012)
„Kotły grzewcze - Część 5: Kotły grzewcze na paliwa stałe z ręcznym i automatycznym zasypem
paliwa o mocy nominalnej do 500 kW - Terminologia, wymagania, badania i oznakowanie”
Poziomy emisji:
CO ≤ 500 mg/m3n
OGC ≤ 20 mg/m3n
PYŁ ≤ 40 mg/m3n
Kryteria te spełniane są przez zaawansowane technologicznie kotły c.o. produkowane w Polsce, głównie
zasilane peletami drzewnymi
Ministerstwo Gospodarki i Transportu w Niemczech (Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle) podaje
zaostrzone kryteria emisyjne zgodne z BImSchV:
CO ≤ 200 mg/m3 - moc nominalna
CO ≤ 250 mg/m3 - moc minimalna
pył ≤ 20 mg/m3 - moc nominalna
Tworzy tzw. listę BAFA, gdzie zamieszcza urządzenia grzewcze spełniające w/w kryteria.
Na liście BAFA, na około 210 producentów, znajduje się 10 z Polski.
5/23
Prace nad układami kogeneracyjnymi pracującymi
w oparciu o kotły o mocy do 1 MW zasilane biomasą
Kocioł testowy z wymiennikiem ciepła:
spaliny-olej termalny, przeznaczonego do zasilania układu ORC
moc elektryczna: 1-2 kW
moc cieplna: 25 kW
W kilku firmach produkujących kotły c.o. zasilane biomasą trwają prace testowe
nad układem kogeneracji: kocioł c.o. + silnik stirlinga
6/23
Kilka faktów
•
W gospodarstwach domowych do celów grzewczych zużywa się rocznie od 102 do
117 tyś. TJ energii w biomasie, co odpowiada od 6,7 do 7,8 mln. t biomasy o średniej
wartości opałowej 15 MJ/kg.
•
Za wyjątkiem
peletów drzewnych, które sprzedawane są
z dołączonymi
świadectwami parametrów fizykochemicznych wg. normy PN-EN ISO 17225
„Biopaliwa stałe. Specyfikacja paliw i klasy”, pozostałej biomasie dla sektora „małej
energetyki” nie stawia się żadnych wymogów.
•
W październiku 2014 roku znowelizowano Ustawę o systemie monitorowania
i kontrolowania jakości paliw (Dz.U. Nr 169, poz. 1200 z późn. zm.) uzupełniając ją
o paliwa stałe, jednak zgodnie z jej zapisami biomasa nie zalicza się do paliw stałych.
7/23
Kilka faktów cd.
•
Producenci urządzeń - określają pewne parametry fizykochemiczne paliw
biomasowych, które dopuszczają do spalania w swoich konstrukcjach.
•
Producenci ani sprzedawcy biopaliw nie wykonują/weryfikują żadnych badań.
Przeciętny użytkownik kotła c.o., kominka, czy pieca w rzeczywistości nie wie czy
spełnia wymagania producenta tych urządzeń.
•
Zużycie węgla w sektorze ogrzewnictwa indywidualnego: 12 mln t/a.
•
Zużycie węgla po produkcji koksu: 11 mln t/a.
•
Zużycie biomasy w energetyce: 7 mln t/a.
8/23
Rynek amerykański
Moc 100 kW
Zużycie paliwa: 100 kg/h biomasy suchej (<40%)
Zakres mocy 10-20 kW
Zużycie paliwa: 12-22 kg/h
10 kW: $18,995 USD + dostawa
20 kW: $26,995 USD + dostawa
http://www.youtube.com/watch?v=z2HVPsBAJBA
Ciepło z instalacji zgazowania
Projekt w finansowany w ramach I konkursu programu GEKON:
Opracowanie systemowego rozwiązania dla odzysku energii z osadów ściekowych
z zastosowaniem procesu zgazowania
ZAMKNIĘCIE BILANSU CIEPLNEGO
potrzeby zaspokojone przez zgazowanie
oczyszczalnia ścieków
instalacja zgazowania
10/23
Różny odbiorca – różne wymogi jakościowe
•Elektrociepłownie
•wymagania dotyczące jakości związane z uzyskaniem wsparcia w
zakresie wytwarzania energii ze źródeł odnawialnych (prawa
majątkowe w postaci zielonych certyfikatów), wymagania technologiczne
Ciepłownie
rozliczenia handlowe z dostawcami (wymagania technologiczne)
11/23
Umowy z dostawcami
Pelet - przykładowe wymagania jakościowe biomasy agro:
•
Wymiar zewnętrzny biomasy L+W+H < 150,
•
Rozkład ziarnowy 98%<100 mm, 50% < 15mm, 95%>3,15 mm,
•
Wartość opałowa w stanie roboczym [GJ/MG] 11,0 – 17,0,
•
Średnia wartość opałowa Biomasy w stanie roboczym [GJ/MG] 15,0,
•
Zawartość popiołu w stanie roboczym Biomasy [%] < 8,5,
•
Zawartość wilgoci w stanie roboczym Biomasy [%] 6,5-14,0,
•
Zawartość chloru [Cl] w stanie roboczym Biomasy [%] <1,0,
•
Temperatura dostarczanej do Miejsca dostawy biomasy nie może przekraczać 55oC,
•
Udział frakcji poniżej 3,15 mm (rozkrusz) w dostarczanej biomasie nie będzie większy niż 5%,
•
Parametry ekologiczne: proces przygotowania surowca i produkcja biomasy jest prowadzona
wyłącznie mechanicznie i termicznie w sposób nie powodujący zanieczyszczenia biomasy
jakimikolwiek substancjami pochodzenie nie biomasowego.
12/23
Parametry peletów wg normy
Parametr
Jednostka
A1
A2
B
Średnica, D
mm
6 ± 1 lub 8 ± 1
6 ± 1 lub 8 ± 1
6 ± 1 lub 8 ± 1
Długość, L
mm
3,15 ≤ L ≤ 40
3,15 ≤ L ≤ 40
3,15 ≤ L ≤ 40
Wilgotność, M
%
≤ 10,0
≤ 10,0
≤ 10,0
Popiół, A
%
≤ 0,7
≤ 1,5
≤ 3,0
Wytrzymałość mechaniczna, DU
%
≥ 97,5
≥ 97,5
≥ 96,5
Udział frakcji < 3,15mm
Dodatki
%
%
≤1
≤2
≤1
≤2
≤1
≤2
Wartość opałowa, Q
MJ/kg
16,5 ≤ Q ≤ 19,0
Gęstość nasypowa, BD
kg/m3
≥ 600
≥ 600
≥ 600
Azot, N
%
≤ 0,3
≤ 0,5
≤ 1,0
Siarka, S
%
≤ 0,03
≤ 0,03
≤ 0,04
Chlor, Cl
%
≤ 0,02
≤ 0,02
≤ 0,03
13/23
16,3 ≤ Q ≤ 19,0 16,0 ≤ Q ≤ 19,0
Rozkrusz…
14/23
Problem dużych wolumenów…
15/23
Nadzorowany rynek uwierzytelniony – pełna
kontrola
16/23
Nieuczciwi kontrahenci – studium przypadku
• Łupina palmy olejowca gwinejskiego – „komunikat URE”
• Na jakie potrzeby został wydany i kiedy obowiązuje ??
• Kiedy i jak należy badać (uwaga na umowy handlowe pomiędzy
stronami transakcji !!!)
• Jakie dokumenty są wymagane aby wynik można było odnieść do
partii materiału a nie wyłącznie do próbki ?
• Jakie kompetencje laboratoriów ?
• Jaka metoda do określenia stopnia biodegradowalności ?
• Próbki rozjemcze - dlaczego wymóg warto zawrzeć w umowie ?
17/23
Zalety biomasy przetworzonej temicznie
TORYFIKAT = PALIWO
ZALETY:
WADY:
•
Wysoka wartość opałowa,
•
Hydrofobowość,
•
Odporność na warunki atmosferyczne
•
oraz łatwość przechowywania,
•
Jednorodność wł. fizykochemicznych,
•
Obniżenie
energochłonności
procesu
mielenia w porównaniu do surowej
biomasy oraz możliwość zastosowania
typowych młynów węglowych,
•
Eliminacja procesów gnilnych paliwa,
•
Obniżenie kosztów transportu.
18/23
Możliwość zwiększenia szlakowania
kotła,
•
Negatywny wpływ na funkcjonowanie
kotła poprzez wysoką temperaturę
spalin oraz wyższą temperaturę
powietrza na dolocie do młynów.
Zalety biomasy przetworzonej cd.
Biomass for Power Generation (BioPoGen)
Cel projektu
•
Opracowanie trzech technologii toryfikacji
biomasy w skali 100-200 kg/h,
•
Opracowanie instalacji do toryfikacji biomasy
w skali 10 t/h, przeznaczonej dla odbiorców
przemysłowych (energetyka, ciepłownictwo),
•
Opracowanie instalacji do toryfikacji biomasy
połączonej z węzłem peletyzowania w skali
2 t/h przeznaczonej dla odbiorców
indywidualnych.
19/23
Spalarnie odpadów komunalnych w Polsce cd.
Kwalifikacja energii z TPO jako pochodzącej z OZE na podstawie
Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 2 czerwca 2010 r. w sprawie kwalifikowania części
energii odzyskanej z termicznego przekształcania odpadów komunalnych
(Dz. U. 2010, Nr 117, poz. 788)
CEL
42% z OZE
wybrane wymogi:
•
Co najmniej jedna fr. biodegradowalna w strumieniu,
•
Odpady pochodzą z terenów objętych selektywną zbiórką,
•
Prowadzone są badania potwierdzające rzeczywisty udział energii
chem. frakcji biodegradowalnej - wartość nie mniejsza niż 42%,
•
Wiarygodna dokumentacja ilości i jakości odpadów oraz wyników
badań.
20/23
Spalarnie odpadów komunalnych w Polsce
21/23
Co i jak badać?
•
•
•
Udział biomasy i niebiomasy,
Laboratoria akredytowane lub posiadające certyfikat wdrożonego
systemu jakości badań lub uprawniania do badania właściwości
fizykochemicznych, toksyczności i ekotoksyczności substancji i
preparatów,
Zgodnie z wymaganiami
Właściwe pobieranie próbek.
RMŚ w spr. kwalifikowania
części energii odzyskanej
z termicznego przekształcania
odpadów komunalnych
(Dz. U. 2010, Nr 117, poz. 788)
PN-EN 15440:2011
Stałe paliwa wtórne – Metody oznaczania zawartości biomasy,
22/23
Kontrola jakościowa się opłaca…
• Zakres kontroli jakościowej biomasy na produkcję ciepła zależy
silnie od technologii wytwarzania.
• W każdym przypadku należy zadbać o wpisanie do kontraktów

handlowych odpowiednich parametrów jakościowych.



• Dobra jakość to nie tylko paliwoprzyjazne dla urządzeń ale także
 zaoszczędzone koszty…



• Kontrola jakości musi kosztować.
23/23
Dziękuję za uwagę.