biogaz i syngaz... - Gdańska Szkoła Wyższa

EKOENERGETYKA – BIOGAZ I SYNGAZ
Technologie, strategie rozwoju,
prawo i ekonomika w regionie
Morza Bałtyckiego
Praca zbiorowa
Redakcja naukowa
Adam Cenian
Janusz Gołaszewski
Tadeusz Noch
Gdańsk 2011
Seria wydawnicza: Ekoenergetyka
Ekoenergetyka – zagadnienia technologii, ochrony środowiska i ekonomiki, wyd. 2010
RECENZENCI
dr hab. Konrad Bajer, prof. UW
dr hab. inż. Witold Elsner, prof. PCz
prof. dr hab. inż. Janusz Gołaszewski
prof. dr hab. inż. Jan Kiciński
prof. dr hab. Józef Szlachta
Eco-Energetics – Biogas and Syngas. Technologies, Legal Framework, Policy and Economics in Baltic See Region,
wyd. 2011, ISBN 978-83-89762-36-8
Wydawnictwo nie ponosi odpowiedzialności za treści poszczególnych artykułów
Redaktor techniczny i projekt okładki
Tomasz Mikołajczewski
Na okładce wykorzystano fotografię pochodzącą ze zbiorów serwisu Stock.XCHNG (www.sxc.hu)
Wydanie pierwsze, objętość 10,5 ark. wyd., Gdańsk 2011
Druk i oprawa
Mazowieckie Centrum Poligrafii, Marki, Piłsudskiego 2A, tel. 22 497 66 55, www.c-p.com.pl
 Copyright by Wydawnictwo Gdańskiej
Wyższej Szkoły Administracji, Gdańsk 2011
WYDAWCA
Wydawnictwo
Gdańskiej Wyższej Szkoły Administracji
80-656 Gdańsk, ul. Wydmy 3
tel. 58 305 08 12, faks 58 305 08 89 w.40
mail: [email protected]
www.gwsa.pl/wydawnictwo
ISBN 978-83-89762-35-1
Spis treści
Wstęp ..................................................................................................................................................................7
Strategia rozwoju, prawo i ekonomika
Biogazownie rolnicze w działaniach Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi .............................................................11
Elżbieta Czerwiakowska-Bojko
Metoda kosztów narastających w ocenie ekonomicznej efektywności w źródłach energii odnawialnej.............15
Zdzisław Kusto
Rola biogazu w Polsce: „mity” i szanse .............................................................................................................29
Randy M. Mott
Termiczne przekształcanie biomasy odpadowej w świetle obowiązujących aktów prawnych ...........................40
Grażyna Rabczuk
Biogaz w regionalnym systemie zarządzania środowiskowego.........................................................................57
Włodzimierz A. Sokół
Atrakcyjność finansowa projektów związanych z OZE na przykładzie województwa
zachodniopomorskiego......................................................................................................................................67
Patrycjusz Zarębski
Technologie bio- i syngazu
Gazyfikacja pyrolityczna osadów ściekowych i odpadów komunalnych i jej zastosowanie
w systemie energetyki rozproszonej ..................................................................................................................81
Roman Borecki, Witold Elsner, Marian Wysocki
Nowe rozwiązanie klimatyzacji solarnej w oparciu o technologię strumienicową ..............................................89
Dariusz Butrymowicz, Kamil Śmierciew
Mikrobiogazownie ............................................................................................................................................108
Jan Cebula
Rodzaje biomasy i sposoby ich energetycznego wykorzystania......................................................................120
Adam Cenian, Tadeusz Zimiński
Mikrobiogazownie dla małych i średnich gospodarstw rolnych – problem techniczny i ekonomiczny..............126
Adam Dargacz, Robert Aranowski
Od odpadów do gazów – technologia wykorzystana w przemyśle ..................................................................127
Marek Dudyński, Kamil Kwiatkowski, Konrad Bajer
Termiczne przekształcanie biomasy jako źródło paliwa dla generacji energii elektrycznej..............................128
Tomasz Golec, Janina Ilmurzynska, Krzysztof Remiszewski, Karol Bialoblocki, Beata Kowalska
Rozwój efektywnych technologii procesu fermentacji metanowej....................................................................130
Janusz Gołaszewski
Grupa technologiczna PPM – kompetentny partner w projektowaniu i budowie „pod klucz” biorafinerii,
biogazowni i bloków kogeneracyjnych .............................................................................................................141
Christian Hemerka
Właściwości fizykochemiczne biomasy wykorzystywanej do celów energetycznych.......................................142
Barbara Jagustyn, Nina Bątorek-Giesa, Blanka Wilk
Symulacje numeryczne procesu zgazowania biomasy jako sposób na poprawę jakości
produkowanego gazu ......................................................................................................................................151
Kamil Kwiatkowski, Bartosz Górecki, Wojciech Gryglas, Jakub Korotko, Paweł Żuk,
Marek Dudyński, Konrad Bajer
W kierunku zoptymalizowanego, niskoemisyjnego spalania gazów pirolitycznych..........................................152
Kamil Kwiatkowski, Daniel Jasiński, Konrad Bajer, Marek Dudyński
Optymalizacja niskotemperaturowej produkcji biogazu z biomasy ..................................................................153
Marek Markowski, Ireneusz Białobrzewski, Marcin Zieliński, Marcin Dębowski,
Mirosław Krzemieniewski, Konrad Nowak
Tlenkowe ogniwa paliwowe dla potrzeb energetyki rozproszonej....................................................................155
Sebastian Molin, Piotr Jasiński
Beztlenowa fermentacja termofilowa dla zwiększenia produkcji biogazu ........................................................164
Bjarne Paulsrud, Beata Szatkowska
Wykorzystanie ciepła odpadowego z kogeneracyjnej biogazowni w lokalnym systemie
centralnego ogrzewania...................................................................................................................................169
Leszek Piechowski, Tadeusz Noch, Adam Cenian
Wydajność biomasy i biogazodochodowość surowca z celowych upraw energetycznych ..............................176
Tomasz Sałek, Wojciech Budzyński, Wojciech Truszkowski
GazEla – eksperymentalna instalacja do zgazowania biomasy.......................................................................185
Aleksander Sobolewski, Janusz Kotowicz, Tomasz Iluk
Technologie zgazowania biomasy...................................................................................................................194
Aleksander Sobolewski, Sławomir Stelmach, Tomasz Iluk
Metody termicznego przetwarzania biomasy odpadowej w reaktorze dolnociągowym –
podsumowanie badań......................................................................................................................................210
Dariusz Wiśniewski
Badania symulacyjne procesu zgazowania biomasy .......................................................................................215
Bolesław Zaporowski
Wstęp
Ekoenergetyka to dziedzina wiedzy związana ze zrównoważoną generacją
energii elektrycznej i cieplnej. Jakakolwiek produkcja jest zrównoważona tylko
wtedy, gdy bierzemy pod uwagę przy jej planowaniu oddziaływanie na środowisko
oraz dobro przyszłych pokoleń. Nie zawsze wykorzystanie odnawialnych źródeł
energii ma charakter zrównoważony; wątpliwości budzi scentralizowana energetyka oparta o źródła biomasowe, prowadząca do zmniejszenia sprawności urządzeń, problemów logistycznych, zakłócenia rynku biomasy i in. Duże podmioty
energetyki, wykupując duże ilości biomasy, zniekształcają i degenerują jej rynek,
utrudniając rozwój lokalnej, rozproszonej energetyki, która zgodnie z obecnym
stanem wiedzy wydaje się być najefektywniejszym sposobem na wykorzystanie
odnawialnych źródeł energii, stymulującym gospodarczy rozwój regionów oraz
wzrost bezpieczeństwa energetycznego. Stąd mówiąc o zrównoważonej energetyce
musimy brać pod uwagę efektywność wykorzystania źródeł (substratów) oraz
sprawność procesu, bioróżnorodność (np. w produkcji biomasy), wpływ na klimat
i środowisko (problem zanieczyszczeń), aspekt społeczny (w tym bezpieczeństwo
żywnościowe, jak i zachowanie dóbr kultury) oraz ekonomiczny (np. wpływ bioenergetyki na rynek pracy czy bezpieczeństwo energetyczne).
Jedną z rozważanych opcji ekoenergetyki jest rozwój biogazownictwa,
wspieranego przez Rządowy Program Innowacyjna Gospodarka – Rolnictwo Energetyczne. Uprawa i wykorzystanie roślin energetycznych może zapewnić stabilizację produkcji i godne przychody producentom rolnym, gdy dochody ze standardowej produkcji rolnej nie gwarantują stabilizacji, a ceny skupu nie są wysokie.
Zielona energetyka może stać się motorem gospodarczym Pomorza, szczególnie
w regionach słabiej zaludnionych.
Celem Bałtyckiego Forum Biogazu, organizowanego w ramach South
Baltic Gas Forum, jest zwiększenie bezpieczeństwa energetycznego regionu Bałtyku poprzez odpowiednie wykorzystanie biomasy (w tym biomasy pochodzenia
rolniczego i/lub biodegradowalnych odpadów miejskich) na cele energetyczne
poprzez stosowanie technologii wykorzystujących biogaz, szczególnie w systemach kogeneracyjnych. Forum Biogazu organizowane jest przez Bałtycki Klaster
Ekoenergetyczny wraz z członkami klastra: Urzędem Marszałkowskim Województwa Pomorskiego, Instytutem Maszyn Przepływowych PAN, Politechniką Gdańską
i Gdańską Wyższą Szkołą Administracji. Firmy POMCERT oraz IMPLASER
wspierają te instytucje w sprawach organizacyjnych, szczególnie w kontaktach
z różnymi podmiotami gospodarczymi. Głównym sponsorem Forum jest firma
ENERGA-BIO. Patronat medialny objęły Radio Gdańsk oraz czasopisma Czysta
Energia i Przemysł-Zarządzanie-Środowisko. Patronat honorowy objął Marszałek
Województwa Pomorskiego.
8|
Trzy Sesje Bałtyckiego Forum Biogazu: naukowa, szkoleniowa oraz
strategii regionalnych są prowadzone w ramach i wspierane przez różne projekty
międzynarodowe i krajowe, w tym projekty EU BSR „Bioenergy Promotion” oraz
„Public Energy Alternatives”, częściowo finansowane przez Unię Europejską
(Europejski Fundusz Rozwoju Regionalnego), projekt RPO WP 1.5.2 „Wsparcie
tworzenia i rozwoju powiązań kooperacyjnych w Klastrze Kluczowym Województwa Pomorskiego – Bałtyckim Klastrze Ekoenergetycznym” współfinansowany ze
środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach RPO WP na
lata 2007-2013 oraz Zadanie badawcze Nr 4 „Opracowanie zintegrowanych
technologii wytwarzania paliw i energii z biomasy, odpadów rolniczych i innych”,
strategicznego programu badań naukowych i prac rozwojowych NCBiR.
BIOGAZOWNIE ROLNICZE W DZIAŁANIACH
MINISTRA ROLNICTWA I ROZWOJU WSI
Elżbieta Czerwiakowska-Bojko
Ministerstwo Rolnictwa i Rozwoju Wsi
Referat wygłoszony 10 maja 2010 r. na konferencji
„Biogazownie dla Pomorza” w Gdańsku
Streszczenie: Tematyka biogazowni rolniczych, wykorzystujących produkty
uboczne rolnictwa i przemysłu rolno-spożywczego, jest w ostatnim czasie bardzo
interesującym zagadnieniem nie tylko dla przemysłu energetycznego, ale również
producentów rolnych. Wpływa na to wiele przesłanek, związanych zarówno z korzyściami
globalnymi dla kraju, jak i lokalnymi, np. dla gminy czy bezpośrednio dla gospodarstwa
rolnego. Ministerstwo Rolnictwa i Rozwoju Wsi dostrzegając wagę tego zagadnienia
podejmuje szereg działań samodzielnych, jak i we współpracy z innymi resortami. Artykuł
stanowi informacje o aktualnych pracach resortu rolnictwa i Rządu w dziedzinie
biogazowni rolniczych.
Polityka Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi w zakresie bioenergii zawsze
na pierwszym miejscu stawia realizację podstawowych zdań rolnictwa, do jakich
należy między innymi zabezpieczenie potrzeb żywnościowych. Nadwyżki
produkcji rolnej, a przede wszystkim produkty uboczne i pozostałości produkcji
rolnej oraz przemysłu rolno-spożywczego, powinny być kierowane do produkcji
energii odnawialnej, w tym biogazu rolniczego. Potencjał tych produktów
szacowany jest przez ekspertów ITP (Instytut Technologiczno-Przyrodniczy) na
poziomie umożliwiającym wytworzenie około 2 mln m3 biogazu rolniczego rocznie. Wykorzystanie wyżej wymienionych surowców do produkcji energii odnawialnej wpłynie na realizację celów, takich jak:
 poprawa bezpieczeństwa energetycznego obszarów wiejskich, a co za tymi
idzie również bezpieczeństwa energetycznego kraju, poprzez oparcie dostaw
na lokalnie dostępnych zasobach;
 realizacja unijnych zobowiązań w zakresie udziału energii odnawialnej
w bilansie energetycznym kraju, ochrony atmosfery i środowiska naturalnego
oraz zapisów Dyrektywy 2009/28/WE;
METODA KOSZTÓW NARASTAJĄCYCH W OCENIE
EKONOMICZNEJ EFEKTYWNOŚCI
W ŹRÓDŁACH ENERGII ODNAWIALNEJ
Zdzisław Kusto
Gdańska Wyższa Szkoła Administracji z siedzibą w Gdańsku
Streszczenie: Obliczenia ekonomicznej efektywności małej instalacji niekonwencjonalnego źródła energii, które zalicza się do źródeł rozproszonych sprowadza się
do porównania kosztów wytwarzania w niej ciepła lub/i energii elektrycznej z kosztem
wytwarzania energii w instalacji konwencjonalnej. W artykule opisano metodę kosztów
narastających (MKN), która przypomina od dawna znaną metodę LCC.
Wstęp
Małe źródła energii, w tym także źródła niekonwencjonalne, zaliczane są
do źródeł rozproszonych zasilających niewielkiego odbiorcę. W wielu przypadkach
muszą one współpracować ze źródłami konwencjonalnymi tworząc w ten sposób
źródło hybrydowe1).
Stosowano różne sposoby oceny ekonomicznej efektywności inwestycji,
wśród których na szczególną uwagę zasługują metody dyskontowe: stosowana
w energetyce od lat metoda kosztów rocznych [1, 2], a także metody NPV, IRR
[3, 4].
Wyżej wymienione metody można ocenić jako metody kompletne pod
względem teoretycznym. Metoda NPV (metoda wartości bieżącej netto), która
w zastosowaniu do inwestycji energetycznych, uwzględnia roczne przychody ze
sprzedaży ciepła i/lub energii elektrycznej oraz roczne wydatki związane z ich
wytwarzaniem. Te bieżące roczne bilanse przepływów pieniężnych z kolejnych lat
eksploatacji są dyskontowane do roku zerowego – poprzedzającego rok oddania
obiektu do eksploatacji.
W przypadku małych – rozproszonych źródeł energii (ogniwo paliwowe,
instalacja fotowoltaiczna, instalacja słonecznego ogrzewania, pompa ciepła itp.),
1)
W źródle skojarzonym wytwarzane jest jednocześnie ciepło i energia elektryczna (np. elektrociepłownia), w układzie hybrydowym wytwarza się w kilku źródłach ten sam rodzaj energii (albo ciepło,
albo energię elektryczną).
ROLA BIOGAZU W POLSCE: „MITY” I SZANSE
Randy M. Mott
CEERES Sp. z o.o. w Warszawie
Sektor biogazu należy do najsłabiej rozwijających się sektorów polskiej
energetyki odnawialnej. W Polsce przeważający procent planowanych projektów
biogazowych nigdy nie osiąga etapu realizacji, chociaż na rynku działa około 40
deweloperów i dostawców biogazu. Dyskusje (także na poziomie decyzyjnych
gremiów politycznych na temat biogazu w Polsce) koncentrują się głównie na
porównaniach krajowego potencjału rynkowego w Polsce i w Niemczech.
W rządowych regulacjach prawnych biogaz rozumiany jest jako „biogaz rolniczy”.
Dlaczego sektor biogazowy rozwija się tak wolno? Jakie są rzeczywiste problemy
utrudniające rozwój biogazu, a co najważniejsze, jakie są możliwe rozwiązania?
Zgodnie z Krajowym Planem (patrz „Kierunki rozwoju biogazowni rolniczych w Polsce w latach 2010-2020”, Rada Ministrów, 2010), w Polsce ma
powstać 2500 biogazowni do 2020 roku. W chwili obecnej w Polsce znajduje się
12 obiektów wykorzystujących procesy rozkładu beztlenowego. Są to niewielkie
obiekty zlokalizowane w gospodarstwach rolnych. Kolejnych 30 projektów
będących w trakcie budowy to także małe instalacje rolnicze. Około 300 projektów
to projekty krajowe przygotowywane do realizacji (IEO 2011). Liczby te nie
obejmują około 200 instalacji oczyszczania ścieków oraz instalacji wykorzystujących biogaz wysypiskowy.
Projekty wspierające (project pipeline) winnny być oceniane na podstawie
liczby przygotowywanych projektów, które nie osiągnęły etapu realizacji. Tylko
jedna trzecia z ogłoszonych projektów w całej UE jest realizowana (Komisja
Europejska, 2009), stąd można wnioskować, że w normalnych warunkach w Polsce
do roku 2020 będzie można wybudować co najwyżej 300-400 instalacji biogazowych. Obecne w Polsce problemy z zabezpieczeniem inwestycji, finansowaniem, niezbędnymi pozwoleniami uzasadniają przypuszczenie, że wskaźniki
powodzenia planowanych przedsięwzięć mogą być nawet dużo niższe.
W Polsce wiele projektów nie zostało zrealizowanych nie tylko z powodów
ekonomicznych, które omawiane są poniżej, ale także z powodu negatywnych
reakcji opinii publicznej. Zastrzeżenia opinii publicznej, które spowodowały
zatrzymanie wielu projektów biogazowych wiązały się głównie z obawami
dotyczącymi problemów emisji odorów. Tradycyjny polski brak przejrzystości
TERMICZNE PRZEKSZTAŁCANIE BIOMASY ODPADOWEJ
W ŚWIETLE OBOWIĄZUJĄCYCH AKTÓW PRAWNYCH
Grażyna Rabczuk
Instytut Maszyn Przepływowych im. R. Szewalskiego PAN w Gdańsku
Wprowadzenie
Odpady ulegające biodegradacji to odpady, które ulegające rozkładowi
tlenowemu lub beztlenowemu przy udziale mikroorganizmów.
Zgodnie z definicją Dyrektywy Parlamentu Europejskiego z dnia 23
kwietnia 2009, 2009/28/WE, w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł
odnawialnych – biomasa to ulegająca biodegradacji część produktów, odpadów
lub pozostałości pochodzenia biologicznego z rolnictwa (łącznie z substancjami
roślinnymi i zwierzęcymi), leśnictwa i związanych działów przemysłu, w tym
rybołówstwa i akwakultury, a także ulegająca biodegradacji część odpadów
przemysłowych i miejskich.
Do odpadów ulegających biodegradacji należą, np. odpady z leśnictwa,
odpady rolnicze, odchody, osady ściekowe, organiczna frakcja stałych odpadów
komunalnych (np. odpady kuchenne) oraz odpady związane, np. z przetwórstwem
żywności, odpady papierowe, włókna naturalne, przetworzone drewno.
Bioodpady to ulegające biodegradacji odpady ogrodowe i parkowe, odpady
spożywcze i kuchenne z gospodarstw domowych, restauracji, placówek zbiorowego żywienia i handlu detalicznego oraz porównywalne odpady z zakładów
przetwórstwa.
Podstawowe metody zagospodarowania odpadów ulegających biodegradacji to:
 metody biologiczne: kompostowanie, rozkład beztlenowy (fermentacja
metanowa), przekształcanie mechaniczno-biologiczne;
 metody termicznego przekształcania, jak spalanie klasyczne, zgazowanie,
piroliza;
 recykling;
 składowanie.
Raport stanowi przegląd obowiązujących (lipiec 2011) aktów prawnych
dotyczących warunków termicznego przekształcania odpadów, w szczególności
termicznego przekształcania odpadów biodegradowalnych.
BIOGAZ W REGIONALNYM SYSTEMIE
ZARZĄDZANIA ŚRODOWISKOWEGO
Włodzimierz A. Sokół
Główny Instytut Górnictwa
Krajowy Punkt Kontaktowy Eko-efektywnych Technologii i Systemów Zarządzania
Wprowadzenie
Unia Europejska reprezentuje znaczący potencjał w wykorzystaniu
biogazu. Energia pierwotna wytwarzana w 27 krajach UE pochodzi z gazu
wysypiskowego (49%), z rolnictwa (36%) oraz z osadów ściekowych (15%)
(Rys. 1). Potencjał UE w zakresie dostawy energii elektrycznej (ktoe) w UE
przedstawia Rys. 2.
Rys. 1. Energia pierwotna wytwarzana w 27 krajach UE z biogazu (ktoe)
(Źródło [1])
ATRAKCYJNOŚĆ FINANSOWA PROJEKTÓW
ZWIĄZANYCH Z OZE NA PRZYKŁADZIE
WOJEWÓDZTWA ZACHODNIOPOMORSKIEGO
Patrycjusz Zarębski
Zakład Polityki Ekonomicznej i Regionalnej
Politechnika Koszalińska
Streszczenie: Celem publikacji była ocena przestrzennego zróżnicowania atrakcyjności inwestycyjnej gmin wiejskich woj. zachodniopomorskiego. Badanie atrakcyjności
inwestycyjnej przeprowadzono w oparciu o metodę sum standaryzowanych oraz algorytm
analizy wielofunkcyjnej obszaru. Wyniki analizy pokazały znaczące zróżnicowanie gmin
wiejskich ze względu na poszczególne mikroklimaty inwestycyjne, jak i ogólną ocenę
atrakcyjności reprezentowaną przez wskaźnik syntetyczny. Do gmin o najwyższej
atrakcyjności inwestycyjnej w województwie zaliczono: Dobrą (Szczecińską), Kołbaskowo,
Pyrzyce, Gryfino, Police.
Wstęp
Województwo zachodniopomorskie jest przykładem województwa, które
skupia w sobie z jednej strony obszary rozwinięte gospodarczo, o wysokich
dochodach z produkcji i sprzedaży usług (szczególnie turystycznych), z drugiej
strony obszary problemowe o niskim poziomie rozwoju przedsiębiorczości
i marginalizacją społeczeństwa. Składa się na to kilka czynników, które w dużym
skrócie można scharakteryzować jako oddziaływanie dużych miast na migracje
ludności i koncentrowanie rozwoju przedsiębiorczości na małym obszarze,
przygraniczne położenie gmin w zachodniej części województwa oraz mocno
wykształconą funkcją turystyczną w gminach nadmorskich. Pozostałe obszary do
roku 1989 odznaczały się wysokim udziałem zatrudnienia w rolnictwie uspołecznionym, czego konsekwencją są wysokie bezrobocie, brak inwestycji oraz kumulowanie się problemów społecznych. Dwadzieścia lat po zmianach systemowych
w Polsce nadal poszukuje się dróg rozwoju, które pomogą odmienić obecną złą
sytuację wspomnianych obszarów wiejskich. Jednym z czynników rozwoju tych
obszarów mogą stać się odnawialne źródła energii, ich produkcja oraz tworzenie
samowystarczalnych energetycznie systemów lokalnych, tzw. energetyka rozproszona. Wieloaspektowe możliwości kreowania energii ze źródeł odnawialnych
GAZYFIKACJA PYROLITYCZNA OSADÓW ŚCIEKOWYCH
I ODPADÓW KOMUNALNYCH I JEJ ZASTOSOWANIE
W SYSTEMIE ENERGETYKI ROZPROSZONEJ
Roman Borecki1), Witold Elsner2), Marian Wysocki2)
1)
2)
Instytut Badawczo-Wdrożeniowy Maszyn Sp. z o.o. w Olsztynie
Instytut Maszyn Cieplnych Politechniki Częstochowskiej w Częstochowie
Wprowadzenie
Wraz z rozwojem cywilizacyjnym produkowana jest coraz większa ilość
odpadów, które bardzo często stanowią poważne zagrożenie dla środowiska. Do
odpadów tych zaliczamy zarówno odpady komunalne, jak również osady ściekowe
powstające jako produkt uboczny w procesie oczyszczania ścieków. Jak do tej pory
najbardziej rozpowszechnioną metodą usuwania tych odpadów jest, po procesie
recyklingu i kompostowania, ich składowanie na wysypiskach śmieci lub
wykorzystywanie do nawożenia gleby w rolnictwie. Coraz bardziej popularną
metodą utylizacji osadów ściekowych, zwłaszcza za granicą, jest ich spalanie.
Jednakże w ostatnich latach powyższe metody używane do unieszkodliwiania
odpadów, w tym składowanie na wysypiskach, spalanie oraz wykorzystywanie
jako nawozu rolniczego, są coraz mniej akceptowalne. Z jednej strony w okolicach
wielu obszarów miejskich nie ma wystarczającego obszaru ziemi przeznaczonego
do składowania odpadów, a ten drugi sposób spotka się z opozycją ze strony
rolników, głównie z powodu obawy o potencjalne zanieczyszczenie osadów
metalami ciężkimi. Również spalanie odpadów jest coraz częściej uważane za
niezbyt optymalną technologię, gdyż może ona prowadzić do zanieczyszczeń
powietrza i emisji toksycznego popiołu. Konieczne jest zatem poszukiwanie
bardziej efektywnych i przyjaznych dla środowiska metod utylizacji odpadów.
Problem składowania i utylizacji osadów ściekowych jest również jednym
z najważniejszych problemów środowiskowych w Polsce. Roczna ilość odpadów,
tylko tych oficjalnie zarejestrowanych, ocenia się na około 13 mln ton. Przy czym
bardzo niski jest ich stopień przetworzenia. Dane statystyczne wskazują, że 98%
odpadów komunalnych jest składowana w najbardziej prymitywnej formie na
wysypiskach, przy czym w większości przypadków nie są one właściwie
kontrolowane i stanowią zagrożenie ekologiczne. W odpadach komunalnych
oprócz dużej ilości materiału inertnego, takiego jak, piasek, gruz, złom i szkło,
znajdują się frakcje biomasy biorozkładalnej oraz tworzyw sztucznych. Obie te
NOWE ROZWIĄZANIE KLIMATYZACJI SOLARNEJ
W OPARCIU O TECHNOLOGIĘ STRUMIENICOWĄ
Dariusz Butrymowicz, Kamil Śmierciew
Instytut Maszyn Przepływowych im. Roberta Szewalskiego PAN, Gdańsk
Wstęp
W krajach wysokorozwiniętych jednym z głównych konsumentów energii
elektrycznej są urządzenia chłodnicze i klimatyzacyjne. Ponad 15% światowej
produkcji energii elektrycznej zostaje przeznaczone na pokrycie zapotrzebowania
na energię elektryczną przez chłodnictwo i klimatyzację. Zaobserwowana
w okresie ostatniej dekady tendencja wzrostowa konsumpcji energii elektrycznej
do napędu systemów klimatyzacyjnych i chłodniczych oraz pomp ciepła, wymusza
poszukiwania bardziej efektywnych rozwiązań zapewniających minimalizację
energochłonności. Dodatkowo, obecne przepisy prawne, z racji dużego
oddziaływania czynników roboczych na środowisko naturalne, wymagają
substytucji tych czynników na płyny charakteryzujące się niskim potencjałem
tworzenia efektu cieplarnianego. Takimi płynami są głównie czynniki naturalne.
Te z kolei powodują znaczne obniżenie efektywności energetycznej układów.
W klasycznych układach sprężarkowych para z parownika chłodniczego jest
odsysana przez sprężarkę, a następnie sprężana od ciśnienia parowania do ciśnienia
skraplania. Proces ten wymaga dostarczenia do układu pracy napędowej sprężarki.
Ponadto zastosowanie naturalnych płynów roboczych, z uwagi na ich odmienne
właściwości wymaga niekiedy stosowania dedykowanych do tychże płynów
sprężarek. Wobec tego coraz szerzej zaczęto poszukiwać technologii ograniczających zapotrzebowanie na energię elektryczną przy jednoczesnym zapewnieniu
efektywności urządzenia na zadowalającym poziomie. W technologii chłodniczej
dużym uznaniem do dziś cieszą się urządzenia sorpcyjne zarówno adsorpcyjne, jak
i absorpcyjne. W układach sorpcyjnych para z parownika odsysana jest w procesie
sorpcyjnym: absorpcyjnym, jeśli czynnikiem pochłaniającym jest faza ciekła, oraz
adsorpcyjnym – jeśli czynnikiem pochłaniającym jest faza stała. Proces sprężania
realizowany jest w fazie ciekłej, w związku z czym wymagane jest zastosowanie
pompy czynnika, zaś dostarczanie pary czynnika chłodniczego pod ciśnieniem
skraplania uzyskiwane jest w procesie desorpcji, wymagającego dostarczenia
ciepła napędowego o odpowiedniej temperaturze. Spośród wielu różnych
systemów sorpcyjnych, w zakresie znacznych wydajności chłodniczych zasadnicze
MIKROBIOGAZOWNIE
Jan Cebula
Instytut Inżynierii Wody i Ścieków
Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki
Politechnika Śląska w Gliwicach
Wytwarzanie i wykorzystanie biogazu nabiera znaczenia wtedy, gdy
wzrasta cena nośników energii. Zainteresowanie biogazowniami rośnie również
wtedy, kiedy rośnie problem utylizacji odchodów zwierzęcych pochodzących
z intensywnej hodowli. Kiedy rosną gwałtownie ceny ropy naftowej odnotowuje
się również rozglądanie się za innymi nośnikami energii. Biomasa zielona budzi
duże nadzieje, stanowi ona bowiem ogromne źródło energii. Biogazownie rolnicze
wykorzystują jako surowiec do produkcji biogazu, głównie odpadowe surowce
pochodzenia rolniczego i hodowlanego. Historycznie rzecz ujmując najpierw
powstawały małe biogazownie, które następnie zwiększały swoje gabaryty i moce.
Wykorzystanie biomasy również stopniowo zmieniało charakter. Początkowo
podstawowym surowcem były odchody zwierzęce, później surowce odpadowe,
a obecnie uprawy celowe [2].
Pierwsze biogazownie rolnicze w Polsce projektowane przez IBMER
miały charakter mikrobiogazowni. Pojemność komór fermentacyjnych nie
przekraczała 500 m3. Specyfika polskiej wsi sprzyja rozwojowi mikrobiogazowni.
Nie przeszkadza to budowie średnich i dużych biogazowi, ale z uwagi na potrzeby
energetyki rozproszonej należy preferować rozwój mikrobiogazowni. Małe
biogazownie budowane są głównie dla uzyskania ciepła i gazu dla gotowania
potraw i oświetlania. Biogaz jako paliwo transportowe wytwarzany jest
w większych biogazowniach i jest bardziej popularny w Szwecji, Wielkiej Brytanii
i Szwajcarii [5].
Technologia wytwarzania biogazu w Japonii została przeniesiona z Chin
i Indii, gdzie go zaczęto używać w latach 40. XX w. [6]. Biogaz został szybko
wycofany z powodu niskich cen i popularności oleju napędowego. Po pierwszym
kryzysie naftowym w 1973 r. zaczęto ponownie wprowadzać biogaz do użycia.
Przemysłowa produkcja inwentarza żywego jest krytykowana z powodu
zanieczyszczania powietrza oraz wody. Biogazownia stała się atrakcyjną metodą
utylizacji odchodów zwierzęcych. Małe instalacje biogazowe w lokalnych
warunkach nabierają szczególnego znaczenia.
RODZAJE BIOMASY
I SPOSOBY ICH ENERGETYCZNEGO WYKORZYSTANIA
Adam Cenian, Tadeusz Zimiński
Instytut Maszyn Przepływowych im. Szewalskiego, PAN, Gdańsk
Wprowadzenie
Biomasa to mieszanina różnych związków organicznych, powstałych
w organizmach żywych, w wyniku redukcji najbardziej utlenionego związku węgla
jakim jest dwutlenek węgla (CO2). Redukcja CO2 wodorem, otrzymanym z rozkładu wody zachodzi przy udziale kwantu energetycznego (hv), co prowadzi do
trwałej akumulacji energii promieniowania słońca w postaci energii chemicznej
nowo utworzonych wiązań C-C i C-H. Następnie, różne procesy biochemiczne
wewnątrz komórki prowadzą do syntezy: węglowodanów, białek, tłuszczy i węglowodorów, stanowiących tzw. biomasę pierwotną (BP). Utlenianie (spalanie) tej
biomasy prowadzi do uwolnienia energii chemicznej i przekształcenie do postaci
energii cieplnej, czego wynikiem jest powstanie CO2 i wody. W ten sposób
biomasa jest naturalnym, stale odnawiającym się surowcem energetycznym, jak
i spożywczym. Dalsze przemiany mikrobiologiczne i geochemiczne BP prowadzą
do zmniejszenia udziału w niej tlenu oraz powstania znanych surowców
energetycznych, takich jak: gaz ziemny, torf, węgiel brunatny, węgiel kamienny
czy ropa naftowa. Tworzenie biomasy zachodzi w równej mierze na lądzie, jak
i w akwenach wodnych. Wartość energetyczną biomasy określa się oznaczając jej
wartość opałową. Inne parametry, jak zawartość wody czy zawartość popiołu, są
ważne i decydują o możliwościach użytkowego zagospodarowania danej biomasy.
MIKROBIOGAZOWNIE DLA MAŁYCH I ŚREDNICH
GOSPODARSTW ROLNYCH –
PROBLEM TECHNICZNY I EKONOMICZNY
Adam Dargacz, Robert Aranowski
Katedra Technologii Chemicznej, Wydział Chemiczny, Politechnika Gdańska
Streszczenie: Beztlenowa fermentacja roślin energetycznych, pozostałości oraz
odpadów rolnych jest ważnym elementem zrównoważonego rozwoju. Biogaz jest nowym
uniwersalnym źródłem energii, które może zastąpić paliwa kopalne w produkcji energii
elektrycznej i ciepła. Obecny projekt przewiduje stworzenie typoszeregu instalacji mikrobiogazowni wykorzystujących mieszaninę odpadów do wytwarzania biogazu i jego spalania
w układzie kogeneracyjnym. Otrzymana w ten sposób energia ma obniżyć koszty
utrzymania gospodarstw domowych i zmniejszyć ilość odpadów rolniczych. Optymalizacji
poddano następujące elementy biogazowni: system podawania biomasy, komorę
fermentacyjną, zbiornik biogazu i zbiornik magazynowy przefermentowanego substratu.
Ponieważ skład biogazu zależy od szeregu zmiennych, przyjęto dla celów obliczeniowych
następujący skład biogazu: 55% metanu, 44% dwutlenku węgla, 0,5% azotu, 0,25%
siarkowodoru i 0,25% wodoru. W pracy omówiono technologie i ich modyfikacje
umożliwiające ekonomiczną produkcję biogazu w małej skali. Przedstawiono obliczone
parametry techniczne i ekonomiczne dla instalacji o 5, 10, 15 i 30 kW mocy cieplnej.
Podziękowania
Niniejsza praca została wykonana w ramach Zadania badawczego Nr 4
„Opracowanie zintegrowanych technologii wytwarzania paliw i energii z biomasy,
odpadów rolniczych i innych”, strategicznego program badań naukowych i prac
rozwojowych NCBiR.
OD ODPADÓW DO GAZÓW –
TECHNOLOGIA WYKORZYSTANA W PRZEMYŚLE
Marek Dudyński1), Kamil Kwiatkowski2), 3), Konrad Bajer2), 3)
1)
Modern Technologies and Filtration Sp. z o.o., Warszawa
Instytut Geofizyki, Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski
3)
Interdiscyplinarne Centrum Modelowania Matematycznego i Komputerowego
Uniwersytetu Warszawskiego
2)
Streszczenie: W pracy opisaliśmy działającą instalację przemysłowej, termicznej
utylizacji odpadów biomasowych, zbudowanej dla firmy Indykpol SA w Olsztynie.
Zaprojektowana przez firmę MTF instalacja utylizuje, w procesie zgazowania, pióra
indyków i kurczaków, będące odpadem procesu produkcji żywności. Powstały w komorze
zgazowania palny gaz jest następnie spalany w specjalnie zaprojektowanej komorze. Cała
instalacja ma moc cieplną 3.5 MW i w trybie ciągłym zutylizuje dwie tony piór na godzinę.
Dzięki temu całkowicie zastąpiła starą kotłownie węglową.
W pracy przedstawiono całą ścieżkę utylizacji piór, począwszy od ich rozładunku
oraz prasy wyciskającej nadmiar wody, poprzez zgazowarkę i komorę spalania, a także
kocioł odzysknicowy oraz system oczyszczania spalin. Ze względu na restrykcyjne normy
środowiskowe, które dla tej instalacji (jako spalarni odpadów) muszą zostać spełnione,
zaprezentowane zostały historyczne dane dotyczące emisji tlenków azotu. Omówiono także
wpływ instalacji na środowisko naturalne.
TERMICZNE PRZEKSZTAŁCANIE BIOMASY JAKO ŹRÓDŁO
PALIWA DLA GENERACJI ENERGII ELEKTRYCZNEJ
Tomasz Golec, Janina Ilmurzynska, Krzysztof Remiszewski,
Karol Bialoblocki, Beata Kowalska
Instytut Energetyki
Zakład Procesów Cieplnych
w Warszawie
Streszczenie: Biomasa jest efektywnym, odnawialnym paliwem w procesach produkcji energii elektrycznej. W procesie zgazowania biomasa jest termicznie przekształcana
do paliwa gazowego, które może być wykorzystane do produkcji energii elektrycznej na
drodze spalania w silniku gazowym, w cyklu parowym (turbina gazowa) lub bezpośredniej
konwersji elektrochemicznej (ogniwa paliwowe).
Konwersja biomasy do energii elektrycznej wykorzystująca cykl parowy jest
ekonomicznie efektywna w dużej skali (powyżej 100 MW). Zastosowania w mniejszej skali
(1-10 MW) mogą być opłacalne w układach satelitarnych kotłów energetycznych,
szczególnie w połączeniu z dedykowanymi palnikami gazowymi. Krytyczną cechą palników
zasilanych gazem z procesu zgazowania biomasy jest ich stabilność. W pracy zaprezentowane są wyniki badań układu zgazowania powietrznego sprzężonego z palnikami
gazowymi.
Małoskalowe systemy (poniżej 100 kW) oparte na procesie zgazowania biomasy
wymagają konwersji gazu o wyższej sprawności niż cykl parowy, takich jak spalanie
w silniku gazowym lub ogniwie paliwowym. Barierą dla rozwoju efektywnych aplikacji
opartych na procesie zgazowania biomasy w małej skali jest oczyszczanie gazu oraz
utylizacja produktów ubocznych.
Zaprezentowano dwie alternatywne linie oczyszczania gazu wytwarzanego we
współprądowym reaktorze zgazowania o mocy 25 kW wykorzystujące metody niskotemperaturową i wysokotemperaturową. W metodzie wysokotemperaturowej zastosowano
dedykowany reaktor plazmowy. Plazma jest reaktywnym medium zawierającym reaktywne
cząstki, takie jak jony, rodniki, wolne elektrony, promieniowanie UV. W warunkach plazmy
smoły oraz lżejsze, niepożądane produkty zgazowania biomasy ulegają częściowemu
utlenianiu, co powoduje obniżenie zawartości smół w gazie. Dodatkowo plazma promuje
rozkład niepożądanych produktów rozpuszczalnych w wodzie (np. fenoli), zmniejszając
zanieczyszczenie kondensatu usuwanego z procesu zgazowania i ułatwiającego unieszkodliwienie tego strumienia. Zaprezentowano wyniki eksperymentalne dla porównania
składów zanieczyszczeń gazu oczyszczanego metodą niskotemperaturową i wysokotemperaturową.
ROZWÓJ EFEKTYWNYCH TECHNOLOGII
PROCESU FERMENTACJI METANOWEJ
Janusz Gołaszewski
Centrum Badań Energii Odnawialnej
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
Wprowadzenie i cele
Biogazownie, stając się integralną częścią działalności rolniczej i prośrodowiskowej, znajdują się w centrum dyskusji o rozwoju zrównoważonym.
Biogas jest wytwarzany naturalnie wszędzie tam, gdzie są pozostałości organiczne,
a pozostałości organiczne są wszędzie tam, gdzie jest materia ożywiona – rośliny,
zwierzęta i człowiek. Procesy gnilne materii organicznej uruchamiane są naturalnie, a wytworzony gaz kumuluje się w kopalinach lub też jest uwalniany do atmosfery. Przyroda regulowała ten proces, jednak współcześnie ten zrównoważony
układ zakłóca nadmiar odpadów organicznych pochodzenia antropogenicznego,
powstających w efekcie działalności rolniczej i zabezpieczania potrzeb bytowych
człowieka. Zatem, człowiek poprzez wytwarzanie odpadów wygenerował problem
środowiskowy polegający na braku zbilansowania emisyjności gazów cieplarnianych, co więcej metan znajdujący się w biogazie uwalnianym do atmosfery ma
działanie bardziej destrukcyjne aniżeli ditlenek węgla z uwagi na dłuższy okres
rozkładu1. Oznacza to, że biogazownia z kontrolowanym procesem degradacji
materii organicznej wytwarzająca biogaz na cele użytkowe i jednocześnie
niwelująca niekorzystne efekty środowiskowemusi stać się instalacją powszechną.
Aby to było możliwe niezbędne jest stałe zwiększane efektywności procesu
fermentacji metanowej oraz systematyczne doskonalenie rozwiązań technicznych.
W niniejszej pracy przyjęto dwie tezy, które są następnie dyskutowane:
1) energetyczne zagospodarowanie wszelkich odpadów organicznych powinno
znaleźć się w centrum działalności prośrodowiskowej, a biogazownia jako istotne
ogniwo rozproszonego systemu generacji energii ma do spełnienia ważną rolę
w recyklingu odpadów, rozwoju energetycznej funkcji rolnictwa oraz w równoważeniu cyrkulacji węgla w środowisku; 2) biogaz jest uniwersalnym biopaliwem
o szerokim spektrum zastosowań energetycznych.
1
Gołaszewski J. 2011. Wykorzystanie substratów pochodzenia rolniczego w biogazowniach
w Polsce. Postępy Nauk Rolniczych, 2: 69-94.
GRUPA TECHNOLOGICZNA PPM
– KOMPETENTNY PARTNER W PROJEKTOWANIU
I BUDOWIE „POD KLUCZ” BIORAFINERII,
BIOGAZOWNI I BLOKÓW KOGENERACYJNYCH
Christian Hemerka
The PPM Technology Group
Kraje Unii Europejskiej zobligowane są dyrektywami Unii Europejskiej do
stałego wzrostu zużycia energii odnawialnej w celu ograniczenia emisji CO2 oraz
zachowania zasobów paliw mineralnych.
Grupa PPM z centralą w Austrii w Asperhofen koło Wiednia już od
połowy lat 90. pracuje w branży energii odnawialnych opracowując opatentowane
technologie. Wśród spółek należących do Grupy PPM są również zakłady
prowadzące działalność produkcyjną. Technologie produkcyjne są dzięki temu
stale ulepszane i unowocześniane.
Opracowana przez PPM technologia produkcji biodiesla oparta na wielu
surowcach gwarantuje prawie 100% konwersję oraz elastyczność w doborze surowców. Proste w obsłudze i wysokowydajne urządzenia odpowiadają wymogom
pełnej automatyzacji.
Również technologia wytwarzania biogazu pozwala na wysoki uzysk
biogazu przy zastosowaniu różnorodnych substratów. Elastyczność technologii
dotyczy również produktów finalnych. Mogą nimi być energia elektryczna i gaz
albo wzbogacony biogaz do sieci gazowej, jak również nawóz w postaci stałej lub
płynnej. Każda biogazownia projektowana jest w oparciu o indywidualne wymogi
Klienta.
Grupa firm PPM z doświadczonym personelem jest dzisiaj światowym
liderem w projektowaniu i budowie kompaktowych systemów produkcji biogazu
i biodiesla. Na liście referencyjnej znaleźć można liczne zrealizowane projekty
m.in. w Niemczech, Austrii, Hiszpanii, Australii, na Węgrzech. Osiągnięcia PPM
zostały nagrodzone Biofuels Technolgy Award 2008.
Grupa technologiczna PPM jest właściwym partnerem w projektach
biorafinerii, biogazowni i bloków kogeneracyjnych. Oferuje pełne usługi od planowania i projektowania po konstrukcję i wykonanie pod klucz linii produkcyjnych.
WŁAŚCIWOŚCI FIZYKOCHEMICZNE BIOMASY
WYKORZYSTYWANEJ DO CELÓW ENERGETYCZNYCH
Barbara Jagustyn, Nina Bątorek-Giesa, Blanka Wilk
Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, Zabrze
Wstęp
Konieczność przeciwdziałania zachodzącym zmianom klimatycznym
wymusza podejmowanie działań zmierzających do ograniczenia emisji gazów
cieplarnianych [1]. Polska akceptując postanowienia zawarte w Protokole z Kioto,
zobowiązała się do redukcji emisji gazów powodujących efekt cieplarniany.
Jednym z rozwiązań jest zastępowanie kopalnych źródeł energii źródłami
odnawialnymi, między innymi biomasą roślinną. Stopień wykorzystania biomasy
jest uzależniony od wielkości zasobów oraz technologii przetwarzania.
Najczęściej w energetyce stosowana jest biomasa drzewna w postaci
zrębków, trocin, peletów i brykietów. Spalana jest również kora, słoma oraz rośliny
z plantacji np. wierzba energetyczna, miskant olbrzymi, ślazowiec pensylwański,
topinambur. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 14 sierpnia 2008 r. [2]
z późniejszymi zmianami z dnia 23 lutego 2010 r. [3] narzuca obowiązek
wprowadzania w całkowitej ilości biomasy, współspalanej z paliwami konwencjonalnymi, ściśle określonego udziału biomasy pochodzącej z upraw energetycznych lub odpadów i pozostałości z produkcji rolnej oraz przemysłu
przetwarzającego jej produkty, a także części pozostałych odpadów, które ulegają
biodegradacji oraz ziaren zbóż niespełniających wymagań jakościowych dla zbóż
w zakupie interwencyjnym i ziaren zbóż, które nie podlegają zakupowi
interwencyjnemu, z wyłączeniem odpadów i pozostałości z produkcji leśnej,
a także przemysłu przetwarzającego jej produkty. W przygotowanym projekcie
Rozporządzenia Ministra Gospodarki z dn. 17.02.2011 r. [4], udział biomasy,
spoza leśnictwa i przemysłu przetwarzającego jego produkty, ma wynosić: 20%
w roku 2011 i 50% (!) w roku 2020 r.
W związku z obowiązkiem wprowadzenia do procesu współspalania coraz
większego udziału biomasy spoza leśnictwa oraz brakiem możliwości zaspokojenia
tych potrzeb z jednego lub kilku źródeł, wciąż wzrasta ilość nowych rodzajów
biomasy spalanych i współspalanych w energetyce. Biomasa ta, pochodząca
również z zagranicy, charakteryzuje się zróżnicowanymi właściwościami fizykochemicznymi. Duża różnorodność oferowanej przez dostawców biomasy, wymaga
SYMULACJE NUMERYCZNE PROCESU ZGAZOWANIA
BIOMASY JAKO SPOSÓB NA POPRAWĘ JAKOŚCI
PRODUKOWANEGO GAZU
Kamil Kwiatkowski1), 2), Bartosz Górecki3), Wojciech Gryglas3),
Jakub Korotko3), Paweł Żuk1), Marek Dudyński4), Konrad Bajer1), 2)
2)
1)
Instytut Geofizyki, Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski
Interdyscyplinarne Centrum Modelowania Matematycznego i Numerycznego
Uniwersytetu Warszawskiego
3)
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa, Politechnika Warszawska
4)
Modern Technologies and Filtration Sp. z o.o., Warszawa
Streszczenie: Celem pracy jest całościowe modelowanie pracy zgazowarki oraz,
w efekcie, jej optymalizacja zapewniająca najwyższą możliwą jakość i czystość gazu
pirolitycznego.
Zjawiska jakie zachodzą w zgazowarce można podzielić na cztery kolejne,
następujące po sobie procesy: odparowanie wilgoci, piroliza, gazyfikacja, spalanie. Gdy
wilgotna biomasa wpada do zgazowarki, gdzie panuje wysoka temperatura, w pierwszej
kolejności dochodzi do procesu odparowania wody. Typowa zawartość wilgoci świeżo
ściętego drewna zawiera się w granicach 30-60%. Każdy kilogram wilgoci pobiera
przynajmniej 2260 kJ dodatkowej energii na przemianę fazową. W związku z tymi stratami
biomasa jest wysuszona przed umieszczeniem jej w zgazworace. Uznaje się biomasę za
suchą, gdy jej wilgoć zawiera się w przedziale 10-20%.
Następnym procesem jest piroliza. Polega ona na „odparowaniu” części lotnych
z biomasy. W pirolizie dochodzi do rozbicia długich łańcuchów węglowo-wodorowych na
drobniejsze związki: dwutlenku węgla, tlenku węgla, metanu i wodoru. Części lotne zawarte
w biomasie stanowią główny skład otrzymywanego syngazu.
Po procesach suszenia i pirolizy pozostaje karbonizat, który ulega dalszym
procesom gazyfikacji oraz spalaniu. W tych procesach karbonizat reaguje z tlenkiem węgla,
parą wodną, tlenem, wodorem oraz resztą utworzonych gazów. Reakcje gazyfikacji są
zazwyczaj endotermiczne, natomiast reakcje spalania są reakcjami egzotermicznymi, które
napędzają resztę procesów w zgazwoarce. W ostatecznym efekcie biomasa ulega
przemianie w syngas, gdzie jedynie około niewielka cześć całkowitej masy pozostaje pod
postacią popiołu.
Ze względu na wszechstronność środowiska, prowadzone przez nas modele
numeryczne, zostały zaimplementowane niezależnie w Matlabie oraz kodach CFD Fluent
i OpenFOAM. Zerowymiarowy kod opracowany w środowisku Matlab jest wykorzystywany
do testowania modeli i doboru parametrów, podczas gdy właściwe symulacje prowadzone
są, odpowiednio rozszerzonymi, kodami CFD.
W KIERUNKU ZOPTYMALIZOWANEGO,
NISKOEMISYJNEGO SPALANIA GAZÓW PIROLITYCZNYCH
Kamil Kwiatkowski1), 2), Daniel Jasiński3), Konrad Bajer1), 2), Marek Dudyński4)
1)
2)
Instytut Geofizyki, Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski
Interdyscyplinarne Centrum Modelowania Matematycznego i Numerycznego
Uniwersytetu Warszawskiego
3)
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa, Politechnika Warszawska
4)
Modern Technologies and Filtration Sp. z o.o., Warszawa
Streszczenie: Przygotowaliśmy i przeprowadziliśmy serię ustalonych i nieustalonych, trójwymiarowych symulacji numerycznych procesów turbulentnego spalania dyfuzyjnego, zachodzących w przemysłowej komorze spalania gazów pirolitycznych. Ten niskoloryczny gaz, produkowany w sposób ciągły w procesie zgazowania biomasy, wymaga
starannie zaprojektowanego sposobu prowadzenia procesu spalania i podawania powietrza, tak aby zapewnić spełnienie restrykcyjnych norm środowiskowych.
Wykonane symulacje bazują na metodach RANS i URANS (głównie k-) i, ze
względu na obserwowaną stabilność procesu spalania, na metodzie Steady Flamelet.
Wszystkie symulacje zostały przeprowadzone dla rzeczywistej geometrii komory
spalania, w której paliwo i utleniacz wpowadzane są współosiowo. Sześć dodatkowych
wlotów powietrza umieszczonych na górze komory wprowadza dodatkowy ruch wirowy.
Ruch w komorze spalania gemerowany jest przez wentylator umieszczony na rurze
wylotowej, za kotłem odzysknicowym.
Wyniki symulacji wskazują na złożony i zdecydowanie nieosiowosymetryczny
rozkład temperatur, z zauważalnymi dużymi strukturami wirowymi. Jakościowo otrzymany
obraz jest zgodny z obserwanym w rzeczywistej instalacji, ilościowe porównanie nie jest
jeszcze dostępne.
OPTYMALIZACJA NISKOTEMPERATUROWEJ
PRODUKCJI BIOGAZU Z BIOMASY
Marek Markowski, Ireneusz Białobrzewski, Marcin Zieliński,
Marcin Dębowski, Mirosław Krzemieniewski, Konrad Nowak
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
Streszczenie: Do produkcji biogazu zastosowano dwustopniowy bioreaktor
o pracy ciągłej oraz osady ściekowe ze ścieków z przemysłu mleczarskiego jako substrat. Ze
względu na ustalony charakter przepływu cieczy w aparacie, prędkości przepływu cieczy
przez aparat w każdym jego stopniu były stałe i zależały jedynie od stosunku średnicy
zewnętrznej do wewnętrznej w każdym stopniu reaktora. Na podstawie analizy poszczególnych zjawisk i procesów zachodzących w aparacie oraz, w konsekwencji, na różniczkowych
bilansach masowych i energetycznych sformułowano układ równań wykorzystany do
określenia takiej (optymalnej) wartości średnicy cylindra dzielącej dwa stopnie aparatu,
która maksymalizuje produkcję biogazu w jednostce czasu. Dlatego celem pracy było
zbadanie wpływu geometrycznych cech aparatu na wydajność produkcji biogazu w niskotemperaturowym bioreaktorze o pracy ciągłej, a także wyznaczenie optymalnych wartości
wybranych parametrów geometrycznych bioreaktora.
Jako substrat wykorzystano osady ściekowe ze ścieków z przemysłu mleczarskiego.
Ścieki były przygotowane do warunków procesowych w okresie 30 dni. Modelowe ścieki
przemysłu mleczarskiego były produkowane na bazie mleka w proszku w ilości 1 mleka w
proszku na 1 litr wody. Stężenie składników organicznych w filtracie wynosiło A = 1 g
COD/l natomiast zaadoptowany czas hydraulicznej retencji wynosił 1 dobę. Główne składniki zanieczyszczeń w ściekach były na poziomie: COD = 1000 ± 22 mg/l, BOD5 = 676 ±
14 mg/l, Ntot = 65 ± 4 mg N/l, Ptot = 19 ± 2 mg P/l.
Badania były realizowane w cząstkowej skali technicznej w dwustopniowym
reaktorze o przepływie mieszanym. Reaktor składał się ze zbiornika, który służył jako
wewnętrzny hydrolizer. Dwa inne, połączone pojemniki pracowały jako reaktory
metanogenne. Świeże ścieki wpływały od dołu do komory hydrolizera. Dla uzyskania
całkowitego zmieszania składników zastosowano pompę cyrkulacyjną. Pompa ssąca była
umieszczona 5 cm poniżej poziomu cieczy w zbiorniku. Recyrkulowane ścieki były
podawane od dołu razem ze ściekami świeżymi. Wlot do zbiornika metanogennego
znajdował się w przy górnej krawędzi hydrolizera. Przepływ w tej części aparatu miał
charakter góra-dół, tzn. substrat płynął z góry na dół, a następnie od dołu do góry.
Modele Monoda i Contois były wykorzystane do określenia optymalnej wartości
średnicy cylindra oddzielającego dwa stopnie bioreaktora, która maksymalizowała
produkcję biogazu w reaktorze w jednostce czasu. Okazało się, że oba modele produkowały
zbliżone wyniki. Obliczone zmiany stężenia biomasy, substratu, jednostkowej produkcji
TLENKOWE OGNIWA PALIWOWE
DLA POTRZEB ENERGETYKI ROZPROSZONEJ
Sebastian Molin, Piotr Jasiński
Wydział Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki
Politechnika Gdańska
Wstęp
Ogniwa paliwowe zdobywają obecnie coraz większą popularność [1].
Coraz więcej słyszy się o ich zastosowaniu w nowoczesnych pojazdach i układach
generacji energii. Wśród kilku rodzajów ogniw paliwowych, dla potrzeb energetyki
rozproszonej szczególną uwagę należy zwrócić na tlenkowe ogniwa paliwowe
(SOFC – Solid Oxide Fuel Cell). Są to przyrządy pracujące w wysokich
temperaturach (>600°C), umożliwiające wydajną generację energii elektrycznej
z dostarczanego paliwa. Do ich potencjalnych i obiecujących aplikacji może
należeć generacja energii w skali od pojedynczych gospodarstw domowych
(~2 kWe), małych budynków użyteczności publicznej czy sklepów (~100 kWe)
[2]. Na większą skalę ogniwa mogą zasilać miejsca, gdzie wymagana jest stała,
wysoka jakość i pewność dostarczanej energii elektrycznej: szpitale, serwerownie,
centra komunikacji itp. [3]. W ostatnich latach technologia ogniw SOFC rozwija
się bardzo dynamicznie. Do testów wdrażane są pierwsze systemy ogniw,
pokazujące wysoką wartość użytkową. Bieżące lata są bardzo aktywnym czasem
na polu przejścia technologii z poziomu laboratorium do poziomu testów
użytkowych. W przypadku sukcesów urządzenia te zaczną zdobywać coraz więcej
użytkowników i staną się powszechną technologią.
W niniejszej pracy przedstawiono zasadę działania oraz podstawy
konstrukcji ogniw. Pracę uzupełnia rozważanie dotyczące możliwych do
wykorzystania paliw. Przedstawiono także wybrane konstrukcje ogniw oraz krótko
scharakteryzowano problemy, które muszą zostać pokonane, aby technologia ta
stała się bardziej dostępna i niezawodna.
Zasada działania
Pojedyncze tlenkowe ogniwo paliwowe zbudowane jest z elektrolitu oraz
dwóch elektrod: anody oraz katody (rysunek 1) [4]. Elektrolit umożliwia transport
jedynie jonów tlenu O2-, podczas gdy na elektrodach zachodzą reakcje
utleniania/redukcji odpowiednio paliwa lub utleniacza. W przypadku dostarczania
BEZTLENOWA FERMENTACJA TERMOFILOWA
DLA ZWIĘKSZENIA PRODUKCJI BIOGAZU
Bjarne Paulsrud, Beata Szatkowska
Aquateam – Norweskie Centrum Technologii Wody
Wprowadzenie
Fermentacja beztlenowa jest jednym z najczęściej wykorzystywanych
metod obróbki osadów ściekowych. Zmniejsza ona całkowitą masę i stabilizuje
osad. Ponadto, dodatkowo produkcji biogazu czyni proces opłacalnym. Fermentacja beztlenowa jest procesem, podczas którego w warunkach beztlenowych
mikroorganizmy dokonują rozkładu biodegradowalnego materiału organicznego.
Beztlenowa fermentacja mezofilowa (MAD, z ang. mesophilic anaerobic
digestion) jest prowadzona w temperaturze 35-40ºC w komorze fermentacji,
natomiast beztlenowa fermentacja termofilowa (TAD, z ang. thermophilic
anaerobic digestion) jest tym samym procesem, ale działającym przy temperaturze
≥ 50ºC. W przypadku, gdy celem jest higienizacja osadu, temperatura wynosi
≥ 55ºC.
Polepszona higienizacji
W procesie termofilowym, szybkość wzrostu mikroorganizmów jest
wyższa niż w procesie mezofilowym, co oznacza, że szybkość degradacji substancji organicznych wzrasta. Działanie procesu w wyższej temperaturze, wiąże się
z krótszym czasem retencji w porównaniu do warunków mezofilowych. Dzięki
wyższej temperaturze patogeny są eliminowane w większym stopniu podczas
fermentacji termofilowej niż w procesie mezofilowym. Jednakże myśląc o zwiększeniu inaktywacji (higienizacji) patogenów, należy pamiętać również o kryteriach
kontroli patogenów obowiązujących w każdym kraju.
Podstawowe zasady dla poprawy inaktywacji patogenów
 Higienizacja osiągana jest poprzez ekspozycję w temperaturze termofilowej
każdej wchodzącej cząstki osadu przez pewien okres czasu (czas ekspozycji).
 Eliminację problemów można uzyskać dzięki zastosowaniu porcjowego,
półciągłego działania komór termofilowych oraz zmianę trybu pracy komór
z fill-and-draw na draw-and-fill.
WYKORZYSTANIE CIEPŁA ODPADOWEGO
Z KOGENERACYJNEJ BIOGAZOWNI
W LOKALNYM SYSTEMIE CENTRALNEGO OGRZEWANIA
Leszek Piechowski1), Tadeusz Noch2), Adam Cenian1)
1)
Instytut Maszyn Przepływowych im. R. Szewalskiego PAN w Gdańsku
2)
Gdańska Wyższa Szkoła Administracji z siedzibą w Gdańsku
Wstęp
Efektywne wykorzystanie ciepła odpadowego stanowi istotne wyzwanie
dla wysokosprawnej kogeneracji w oparciu o biogaz. Wśród wielu proponowanych
rozwiązań znane są przykłady wykorzystania ciepła w scentralizowanych systemach ogrzewania, przekazywania ciepła do zlokalizowanych w pobliżu zakładów,
dla dosuszania produktów rolniczych, w produkcji pelet z wykorzystaniem ciepła
odpadowego, na potrzeby produkcji warzyw, ryb czy grzybów. W niniejszej pracy
chcemy zastanowić się nad możliwością wysokosprawnego systemu kogeneracji
z biogazownią o mocy 500 kWe / 700 kWc, gdzie głównym odbiorcą ciepła byłoby
osiedle (wioska) z systemem centralnego ogrzewania (c.o.) i ciepłej wody
użytkowej (c.w.u). Układy rozproszonej (lokalnej) produkcji energii elektrycznej
i ciepła przez wielu specjalistów są uważane za najbardziej sprawne i ekologiczne,
szczególnie w aspekcie wykorzystania biomasy i niskiej masy właściwej tego
surowca energetycznego [1, 2]. Ze względu na duże straty energii w energetyce
(średnia sprawność polskich elektrowni wynosi ok. 35%) postulat wysokosprawnej
energetyki zdaje się wymuszać rozwiązania związane z lokalną kogeneracją.
Wszędzie tam, gdzie istnieje zapotrzebowanie na ciepło, powinno rozważyć się
możliwość zastąpienia ciepłowni wysokosprawnym układem CHP.
W celu uniknięcia konieczności obniżania mocy układu latem (ze względu
na niskie zapotrzebowanie na ciepło), proponujemy zastosowanie magazynu ciepła
(centralnego lub rozproszonego), który umożliwi przetrzymanie energii cieplnej do
okresu zwiększonego zapotrzebowania. Ze względu na konieczność chłodzenia
silnika spalinowego (którego układ chłodzenia jest podłączony do wymiennika
magazynu ciepła) proponujemy zastosowanie magazynu z przejściem fazowym
(w temperaturze 55-60°C) [3]. Aby wykorzystać to ciepło, woda w układzie c.w.u.
jest ogrzewana najpierw w wymienniku magazynu ciepła, a następnie dogrzewana
w wymienniku c.o. do zakładanej temperatury (50-60°C).
WYDAJNOŚĆ BIOMASY I BIOGAZODOCHODOWOŚĆ
SUROWCA Z CELOWYCH UPRAW ENERGETYCZNYCH
Tomasz Sałek, Wojciech Budzyński, Wojciech Truszkowski
Wydział Kształtowania Środowiska i Rolnictwa
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
Streszczenie: W pracy przedstawiono 3-letnie wyniki badań ścisłych polowych
w kontekście wydajności biomasy z hektara i jej biogazodochodowości z następującymi
taksonami jednorocznymi, dwu- i trzyletnimi oraz wieloletnimi: kukurydza zwyczajna,
sorgo cukrowe, koniczyna łąkowa i lucerna siewna, uprawiane w mieszance z tymotką
łąkową, rutwica wschodnia, kupkówka pospolita, tymotka łąkowa, miskant olbrzymi
i cukrowy oraz ślazowiec pensylwański. W produkcji biomasy stosowano intensywne
technologie wyrażające się nakładami energii skumulowanej na jeden ha od 23 914 MJ do
11 489 MJ·ha-1, a w wymiarze kosztowym – od 1 955 do 2 942 PLN·ha-1.
Wykazano, że ogólna sprawność energetyczna produkcji biomasy badanych
gatunków jako iloraz energii skumulowanej w plonie do nakładów energii na jego
wytworzenie wynosił od 28 u miskanta olbrzymiego, 16-18 u miskanta cukrowego,
ślazowca pensylwańskiego i kukurydzy zwyczajnej do 10-12 u motylkowatych z tymotką.
W rankingu wg kryterium wydajności s.m.o. bezkonkurencyjna jest kukurydza
zwyczajna, miskant olbrzymi, lucerna siewna z tymotką łąkową, ślazowiec pensylwański
i sorgo cukrowe. Pozostałe taksony są nawet o połowę mniej produkcyjne (wydajne).
Wydajność biogazu z biomasy badanych gatunków była wysoce zróżnicowana
(nawet 4-, 5-krotnie) i niestety dość niska. Najwyższy poziom wydajności z hektara biogazu,
jak i biometanu zapewniały trawy o fotosyntezie C4.
Dobór taksonów stanowiących celowe uprawy z przeznaczeniem biomasy do
produkcji biogazu (biometanu) wymaga dalszych ocen wg wielu kryteriów. Możliwości
gatunkowego rozszerzania doboru roślin wysoce biogazodochodowych poza trawy typu C4
(kukurydza zwyczajna, miskant olbrzymi, sorgo cukrowe) są pod względem wydajności
s.m.o., a finalnie biogazu – dość ograniczone.
Doświadczenia sąsiadów, głównie Niemców wskazują, że wydajnym,
łatwym w uprawie i konserwacji surowcem dla biogazowni rolniczej jest biomasa
kukurydzy zwyczajnej. W niektórych gremiach surowiec ten budzi jednak
komentarze dotyczące częściowej strategiczności (chociaż nie należy do tzw. zbóż
chlebowych) i konkurencyjności żywnościowej. Znacznie poważniejszym
GAZELA – EKSPERYMENTALNA INSTALACJA
DO ZGAZOWANIA BIOMASY
Aleksander Sobolewski1), Janusz Kotowicz2), Tomasz Iluk1), 2)
1)
Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu
Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych,
Politechnika Śląska, Gliwice
2)
Streszczenie: W artykule przedstawiono jeden z możliwych sposobów zwiększenia
udziału odnawialnych źródeł energii w ogólnym bilansie stosowanych paliw. Opisano
podstawowe źródła energii odnawialnych ze szczególnym uwzględnieniem biomasy.
Zaprezentowano możliwość wykorzystania technologii zgazowania biomasy w małych
układach skojarzonych wytwarzających energię elektryczną oraz ciepło. Przedstawiono
innowacyjny generator gazu opracowany w Instytucie Chemicznej Przeróbki Węgla
w Zabrzu. Scharakteryzowano zasadę jego działania, omówiono poszczególne strefy
procesowe oraz wyniki dotyczące m.in. badania składu gazu.
Wprowadzenie
Bardzo ważnym celem zarówno krajowej, jak i całej europejskiej
energetyki jest zmniejszenie ilości emitowanych gazów cieplarnianych do
atmosfery, w tym przede wszystkim dwutlenku węgla z jednostek energetycznych
wytwarzających energię elektryczną oraz ciepło. Jednym ze sposobów
zmniejszenia antropogenicznej emisji CO2 może być wykorzystanie odnawialnych
źródeł energii (OZE) w systemie energetycznym Unii Europejskiej. Według
Rozporządzenia Ministra Gospodarki z dnia 14 sierpnia 2008 roku [1] do
odnawialnych źródeł energii elektrycznej i ciepła zaliczyć można:
 elektrownie wodne oraz elektrownie wiatrowe,
 źródła wytwarzające energię z biomasy i biogazu,
 słoneczne ogniwa fotowoltaiczne oraz kolektory do produkcji ciepła,
 źródła geotermalne.
Dla Polski głównym źródłem paliw wchodzących do grupy OZE jest
przede wszystkim biomasa. Rozważne wykorzystanie biomasy może przynieść
korzystne efekty ekonomiczne, jak również ekologiczne.
Aktualnie istnieje kilka podstawowych źródeł pozyskania biomasy stałej
dla polskiej energetyki. Pierwsze źródło stanowi biomasa pochodzenia leśnego,
TECHNOLOGIE ZGAZOWANIA BIOMASY
Aleksander Sobolewski, Sławomir Stelmach, Tomasz Iluk
Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu
Streszczenie: Zgazowanie jest termochemiczną przemianą paliwa w gaz palny
prowadzoną w warunkach utleniających. Podczas zgazowania paliw stałych zachodzi cały
szereg hetero- i homogenicznych reakcji, w tym reakcje węgla pierwiastkowego z tlenem,
parą wodną oraz dwutlenkiem węgla, w wyniku których uzyskuje się tlenek węgla oraz
wodór. Intensywny rozwój technologii zgazowania węgla obserwowany w ostatnich latach,
spowodował również zainteresowanie wykorzystaniem do produkcji gazu syntezowego i/lub
palnego innych paliw – biomasy oraz odpadów. W publikacji przedstawiono podstawowe
informacje dotyczące technologii zgazowania biomasy. Omówiono typy reaktorów
wykorzystywanych dla procesu zgazowania paliw stałych. Opisano podstawowe
zagadnienia dotyczące oczyszczania gazu procesowego. Scharakteryzowano ponadto jedną
wielkoskalową oraz trzy małoskalowe technologie zgazowania biomasy.
Wprowadzenie
Aktualnie około 81% energii jest w skali światowej wytwarzane
z wykorzystaniem paliw kopalnych (węgla, ropy i gazu), około 6% pochodzi
z elektrowni jądrowych, a 13% jest generowane z wykorzystaniem odnawialnych
źródeł energii [4]. Paliwa kopalne wykorzystywane do produkcji energii są
przyczyną emisji wielu zanieczyszczeń do atmosfery, w tym przede wszystkim
związków odpowiedzialnych za efekt cieplarniany i związane z nim zmiany
klimatu. Ponadto kraje dysponujące ubogimi zasobami paliw kopalnych lub
niedysponujące nimi wcale, przy obecnej sytuacji politycznej na świecie są
narażone na mniej lub bardziej realne niebezpieczeństwo wystąpienia braku dostaw
energii. Wykorzystanie w miejsce paliw kopalnych odnawialnych źródeł energii,
pozwala na obniżenie emisji gazów cieplarnianych, jak również zwiększa
bezpieczeństwo jej dostaw. Szybkie zwiększenie produkcji energii odnawialnej
wymaga z kolei zintensyfikowania energetycznego wykorzystania biomasy,
ponieważ istotny wzrost wytwarzania energii wodnej, wiatrowej i fotowoltaicznej
nie jest możliwy w krótkim czasie.
Najpowszechniej stosowanym obecnie procesem energetycznego wykorzystania biomasy jest jej bezpośrednie spalanie lub współspalanie z paliwami
METODY TERMICZNEGO PRZETWARZANIA BIOMASY
ODPADOWEJ W REAKTORZE DOLNOCIĄGOWYM –
PODSUMOWANIE BADAŃ
Dariusz Wiśniewski
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
W rejonie Polski północno-wschodniej skoncentrowana jest produkcja
sektora rolno-spożywczego, która generuje znaczne ilości biomasy odpadowej
pochodzenia rolniczego i zwierzęcego. Głównymi producentami biomasy
odpadowej w regionie jest przemysł drzewny, przemysł hodowli drobiu, przemysł
rolniczy, przemysł przetwórstwa owocowo-warzywnego. Biomasa odpadowa jest
materiałem trudnym do przetwarzania ze względu na formę, w jakiej jest dostępna
oraz zazwyczaj duży udział wilgoci. Główny kierunek wykorzystanie
energetycznego tego typu biomasy upatruje się głównie w instalacjach zgazowania
biologicznego, które nie wymagają kondycjonowania biomasy. Jednak w przypadku biomasy odpadowej przetworzenie jej metodami zgazowania biologicznego
powoduje, że jest to nadal uciążliwy odpad. Jedną z propozycji zagospodarowania
biomasy odpadowej oraz odpadu po zgazowaniu biologicznym jest zgazowanie
termiczne. Na rysunku 1 przedstawiono schemat blokowy instalacji do
przetwarzania biomasy odpadowej.
Rys. 1. Schemat blokowy instalacji małej mocy do zgazowania
biomasy odpadowej
BADANIA SYMULACYJNE
PROCESU ZGAZOWANIA BIOMASY
Bolesław Zaporowski
Instytut Elektroenergetyki
Politechnika Poznańska
Streszczenie: W referacie są przedstawione wyniki badań symulacyjnych procesu
zgazowania biomasy, wykonanych za pomocą opracowanego modelu matematycznego tego
procesu. Model ten pozwala na numeryczną symulację różnych metod zgazowania biomasy,
przy różnych temperaturach i ciśnieniach oraz przy pomocy różnych czynników
zgazowujących i ich temperatury. Równania modelu opisują chemiczne, fizyczne
i energetyczne procesy zachodzące w generatorze gazu. Rozwiązanie modelu pozwala na
wyznaczanie: składu i wartości opałowej wytworzonego gazu, zużyci czynnika
zgazowującego, wartości współczynnika nadmiaru czynnika zgazowującego, objętość gazu
uzyskiwanego z 1 kg biomasy oraz chemicznej i energetycznej sprawności procesu
zgazowania. W równaniach opisujących procesy energetyczne w generatorze gazu entalpie
fizyczne wytwarzanego gazu i czynnika zgazowującego oraz stałe równowagi
poszczególnych reakcji chemicznych przebiegających w generatorze gazu były wyznaczane
metodą fizyki statystycznej (za pomocą sum stanów poszczególnych składników
wytwarzanego gazu i czynnika zgazowującego).
Oznaczenia
a,.b,.c,.d
współczynniki liczbowe określające udziały masowe biomasy,
czynnika zgazowującego, wody lub pary wodnej i popiołu odniesione
do 1 kg wytwarzanego paliwa gazowego,
Mi
masy molowe poszczególnych składników paliwa gazowego lub
czynnika zgazowującego,
pgi, pagi,
ciśnienia cząstkowe poszczególnych składników paliwa gazowego lub
czynnika zgazowującego,
qH2O
zużycie pary wodnej na 1 kg biomasy,
wartość opałowa biomasy [kJ/kg],
Qhb
g
wartość opałowa paliwa gazowego [kJ/Nm3],
Qh
Tg, TH2O, Tag temperatura paliwa gazowego, wody lub pary wodnej I czynnika
zgazowującego [K],