Agroenergetyka.pl

Energetyka, OZE w sieci: Agroenergetyka na FB
OZE grupa na FB / GL / Blog energetyczno - paliwowy
 
 
strona główna  Zarejestruj się  Ogłoszenia  Forum  Kontakt z Redakcją 


Artykuły
DREWNO i ODPADY
 

Możliwość wykorzystania zrębków drzewnych w układach kogeneracyjnych

Data: 2007-04-28
Wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła realizowane jest głównie w procesach przetwarzania energii chemicznej lub jądrowej paliwa. Kurczące się zasoby paliw kopalnych oraz ograniczenia emisji produktów spalania do atmosfery sprawiają, że coraz większą uwagę poświęca się technologiom podnoszenia sprawności przemiany energii paliw, m.in. skojarzonej produkcji energii elektrycznej i ciepła. Skojarzony proces wytwarzania energii elektrycznej lub mechanicznej i ciepła umożliwia znaczną oszczędność paliwa i ograniczenie emisji w porównaniu z tradycyjnymi procesami wytwarzania tych nośników energii realizowanymi oddzielnie [1]. Jednostki wytwórcze pracujące w trybie skojarzonego wytwarzania ciepła i energii elektrycznej nazywa są jednostkami kogeneracyjnymi.
Elektrociepłownia jest to obiekt składający się z jednego lub kilku zespołów urządzeń służących do równoczesnego (skojarzonego) wytwarzania ciepła i energii elektrycznej, a w niektórych przypadkach również energii mechanicznej [2]. W przedstawionym poniżej obiekcie elektrociepłowni wykorzystuje się głównie za paliwo zrębki drzewne (wartość opałowa 10,5 MJ/kg). W okresach dużego zapotrzebowania na energię oraz okresach przejściowych dodatkowo wykorzystuje się paliwa bardziej wydajne np.: gaz ziemny (48 MJ/kg), czy olej opałowy (41,5 MJ/kg).
W ostatnich latach zainteresowanie wykorzystaniem drewna na cele energetyczne zaczęło wzrastać. Wiążę się to z coraz większymi cenami paliw oraz z aspektami ochrony środowiska.

Rys.1. Oszczędność energii chemicznej w gospodarce skojarzonej; Źródło:[1]

WYKORZYSTANIE ZRĘBKÓW DRZEWNYCH W KOGENERACJI
Herning to jedno z większych miast w środkowej części Półwyspu Jutlandzkiego, w Danii. Głównym źródłem energii elektrycznej i cieplnej dla mieszkańców 30 tys. miasta jest elektrociepłownia umiejscowiona na obrzeżach.

Rys. 2. Schemat technologiczny elektrociepłowni w Herning; Źródło:[3]
1-magazyn zrębków drzewnych, 2-gaz ziemny/olej opałowy, 3-popiół, 4-komin, 5-elektrostatyczny filtr, 6-pył odfiltrowany, 7-kocioł, 8-turbina, 9-generator, 10-wymiennik ciepła, 11-zbiornik akumulacyjny


Tabela 1. Podstawowe dane o elektrociepłowni w Herning; Źródło: [3]

Warto zwrócić uwagę, że najważniejszymi źródłami energii w rejonie są biomasa i wiatr. W szczególności biomasa jest intensywnie wykorzystywana do produkcji energii dla potrzeb mieszkańców Herning. Fakt ten w połączeniu z zastosowaniem skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła (CHP ang. Combined Heat and Power) powoduje, że miasto posiada godne uwagi zasługi dla środowiska. Pominąwszy spalanie odpadów, w 2000 roku, 11% ciepła zużywanego w okręgu oraz 22% energii zużywanej w mieście pochodziło ze źródeł energii odnawialnej. Dodatkowo spalanie odpadów dostarczyło 15% ciepła w okręgu. Energia wiatru stanowiła w tym dużą cześć wynosząca 14%. Całkowite zużycie energii w gminie w 1998 roku spadło do 63% w porównaniu z poziomem z 1980 roku [5].
W elektrociepłowni w Herning w 1982 roku został uruchomiony kocioł CHP opalany węglem – skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła – dostarczając mieszkańcom miasta ciepło i ciepłą wodę na potrzeby bytowe, podczas gdy równocześnie wytwarzaną elektryczność przekazywano do głównej sieci energetycznej. Ten opalany węglem system CHP zastąpił kotłownie opalaną olejem. Przejście z oleju na węgiel spowodowane było kryzysem energetycznym w latach 1973 oraz 1979, podczas których ujawnił się problem zależności świata zindustrializowanego od ropy z krajów OPEC na Środkowym Wschodzie. W gminie powstała wówczas potrzeba niezawodnego sposobu dostarczania energii, który oparty byłby na efektywnym wykorzystaniu tanich, w miarę możliwości, lokalnych źródeł energii. W tym samym czasie niekorzystny efekt wpływu produkcji energii na środowisko był przedmiotem narastającej debaty ujawniającej znaczenie bardziej zrównoważonego rozwoju. W 1985 roku lokalni politycy podjęli decyzje o rozszerzeniu zbiorowego systemu dostarczania ciepła. Oznaczało to, że okręgowe ogrzewanie powinno zapewnić ciepło nie tylko mieszkańcom miasta Herning, ale także wszystkim wsiom w regionie [5]. W 2000 roku obiekt został przebudowany na gaz ziemny natomiast w 2002 roku zastosowano technologię umożliwiającą zastosowanie zrębek drzewnych.

W roku 2005 wyprodukowano 280 GWh energii elektrycznej oraz 2143 TJ energii cieplnej.

Tabela 2: Dane dotyczące emisji zanieczyszczeń; Źródło:[3]


Tabela 3: Ilości paliw wykorzystywanych w latach 2001 – 2005 paliw w elektrociepłowni w Herning; Źródło:[3]


Tabela 4: Dane dotyczące emisji zanieczyszczeń; Źródło:[3]

Elektrociepłownia używa zrębków drzewnych jako głównego paliwa. Biomasę tego typu uzyskuje się z regionu o promieniu około 100km, z terenów leśnych oraz przemysłu drzewnego. Dodatkowym paliwem jest gaz ziemny. Olej opalowy może być używany zamiast gazu ziemnego jako paliwo uzupełniające w głównym kotle. W roku 2005 zrębki drzewne były wykorzystane do produkcji około 66% energii, gaz ziemny do około 29% i olej opałowy do około 5%. Obiekt w Herning jest największą elektrociepłownią na zrębki drzewne w Danii i spala około 200 000 ton zrębków rocznie.


Rys. 3. Udział procentowy wykorzystania poszczególnych paliw w elektrociepłowni w Herning w latach 2001 – 2005; Źródło:[3]


Rys. 4. Emisja NOX oraz SO2 w latach 2001 – 2005; Źródło:[3]


Rys. 5. Emisja CO2 w latach 2001 – 2005; Źródło:[3]

Proces technologiczny poprzedzony jest rozdrobnieniem drewna przy pomocy rębarki (ewentualnie gotowe zrębki drzewne są dostarczane z pobliskich zakładów przemysłu drzewnego, meblarskiego), a następnie materiał transportowany jest do magazynu głównego. W celu wyeliminowania niekorzystnego oddziaływania warunków atmosferycznych (opady śniegu, deszczu) stosuje się zadaszony magazyn.
Magazyn biomasy może być wyposażony w układy wentylacyjne, które dodatkowo mogą być wyposażone w systemy podgrzewania w celu podsuszania zrębek drzewnych. W Herning magazyn ma pojemność 13 000 m3 zrębek drzewnych, co wystarcza na pracę około 30 dni z obciążeniem 60%. Załadunek silosów i ich wyładunek, a także transport biomasy następuje automatycznie poprzez zespół przenośników. Zrębki przed spaleniem są kierowane do separatorów, młynów, urządzeń rozdrabniających gdzie następuje oddzielenie cząstek metalicznych, mineralnych oraz podział na frakcje.


Rys. 6. Droga zrębek drzewnych w elektrociepłowni Herning; Źródło:[3]
W zależności od typu elektrociepłowni (komunalna czy przemysłowa) w różnym stopniu może wystąpić problem niejednoczesności zapotrzebowania na energię cieplną i elektryczną. W elektrociepłowniach komunalnych szczytowe dobowe i tygodniowe zapotrzebowanie na energię cieplną nie pokrywa się ze szczytowym zapotrzebowaniem na energię elektryczną. Zapotrzebowanie na energię cieplną podlega sezonowości, a szczególnie w okresach przejściowych i letnim podlega dużym zmianom dobowym. Efektywnym systemem akumulacji ciepła w systemach ciepłowniczych są wodne akumulatory ciepła lokalizowane w elektrociepłowni. W Herning zastosowano akumulator ciepła o pojemności 35 900 m3 [7].

PODSUMOWANIE
Przyjęte w Polsce rozwiązania dotyczące rynku energii powinny zmierzać do pełnego wykorzystania zalet skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła. Jedną z głównych korzyści wynikającą z funkcjonowania układów skojarzonych jest oszczędność paliwa [8]. Należy dążyć nie tylko do wykorzystania istniejącego w kraju potencjału kogeneracji, ale także stwarzać warunki dla jej rozwoju. Polska należy do krajów, w których udział produkcji ciepła z układów skojarzonych w stosunku do łącznej produkcji w źródłach scentralizowanych należących do energetyki zawodowej kształtuje się na poziomie średnim, bo ok. 63%. Oszczędności paliwa w skali roku mogłyby więc znacznie wzrosnąć, gdyby dzięki promowaniu kogeneracji udało się zwiększyć udział ciepła ze źródeł skojarzonych dostarczanego do systemów ciepłowniczych. Według szacunków ocenia się, że roczna oszczędność paliwa ze wszystkich źródeł skojarzonych w Polsce może osiągnąć ok. 9 mln t.p.u. (ton paliwa umownego). Efektowi energetycznemu w postaci zaoszczędzonego paliwa towarzyszy w sposób naturalny bardzo korzystny efekt ekologiczny, związany ze zmniejszeniem emisji zanieczyszczeń szkodliwych dla środowiska, w tym znaczącej redukcji emisji CO2 [8]. Ilość emitowanych gazów cieplarnianych można zmniejszyć stosując technologie spalania biomasy.
Obecnie trwają prace nad nowelizacją ustawodawstwa w celu jego dostosowania do przepisów unijnych. Warto wykorzystać ten moment poprzez uwzględnienie niezbędnych regulacji promujących skojarzone wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła [6].
Z przedstawionych powyżej korzyści, a także biorąc pod uwagę specyfikę wytwarzania energii elektrycznej w skojarzeniu wynika potrzeba stworzenia dla gospodarki skojarzonej narzędzi wspierania tego sposobu wytwarzania energii, który z jednej strony byłby zgodny z Dyrektywą kogeneracyjną, a z drugiej zapewniałby poprawność działania przy uwzględnieniu bezpieczeństwa dostaw energii, spełnienia wymogów ekologicznych i akceptowalnych społecznie cen energii [8].

LITERATURA
[1] Mikołajuk H. i inni; Raport z przeprowadzenia badania ankietowego dotyczącego identyfikacji ilości energii elektrycznej wyprodukowanej w skojarzeniu z wytwarzaniem ciepła w roku 2004 według metodyki wynikającej z Dyrektywy 2004/8/WE; ARE S.A., Warszawa, listopad 2005
[2] Kacperczyk G. i inni: Zasady metodyczne sprawozdawczości statystycznej z zakresu gospodarki paliwami i energią oraz definicje stosowanych pojęć; ARE S.A., Warszawa 2006
[3] Raport roczny 2005; Grønt Regnskab 2005; Elsam Kraft A/S Herningværket 2006
[4] Janowicz L., Hunder M.: Uwaga na pryzmy; Europejskie Centrum Energii Odnawialnej EC BREC CLN; kwartalnik Agroenergetyka nr 4 (18) 2006
[5] Stowarzyszenie Gmin Polska Sieć "Energie Cités" 2003: Biogaz, CHP, Herning, Dania; EnergiGruppen Jylland, Henrik Ørtemblad, 2003
[6] Dreżewski J.: Energetyka skojarzona - efektywna ekonomicznie i przyjazna środowisku; Dodatek do "RZECZPOSPOLITEJ". nr 216 (6899) 14 września 2004 r.
[7] Elsamprojekt Polska Sp. z o.o.: Akumulator ciepła w elektrociepłowni; materiał informacyjny firmy
[8] Bil J., Błach S. i inni: Przyszłość kogeneracji w Polsce. Dyskusja nad modelem rynku energii skojarzonej; Urząd Regulacji Energetyki, strona internetowa www.ure.gov.pl, ostatnia aktualizacja serwisu: 12.07.2006

Oto kilka dodatkowych zdjęć z Herning:
 
strona główna | polityka prywatności | nota prawna | partnerzy | kontakt | mapa serwisu | REKLAMA
Projekty HVAC | turbiny wiatrowe | Forum OZE
Copyright © Agroenergetyka.pl | design: Projekty internetowe