Projekt Głównym celem projektu jest zaprezentowanie fun­ kcjonowania innowacyjnej technologii do wytwarzania energii elektrycznej oraz cieplnej z biomasy odpadowej ze słomy. Główną zaletą tej technologii jest zastosowanie mikronizacji. Proces mikronizacji polega w całości na doprowadzeniu cząstek mielonego materiału do postaci cząsteczek o średnicy < 100 mikrometrów. Część technologii będącej przedmiotem projektu (w zakresie rozdrobnienia biomasy) została zweryfikowana w trakcie doświadczeń przeprowadzonych na linii do mikronizacji preparatów błonnikowych i na tej podstawie zostały ustalone główne parametry procesu spalania. Opracowano założenia ustawienia ciągu zasysania i para­ metrów spalania paliwa w formie pyłu w turbinie, co umożliwia realizację projektu w sposób kompleksowy.

1 broszura_2012_OK_DRUK.indd 1

19/12/12 09:44:59

2

Do kogo skierowany jest projekt Projekt w pierwszej kolejności skierowany jest do podmiotów zajmujących się produkcją energii elektrycznej oraz producentów biomasy. Producenci energii elektrycznej, zobowiązani do zwiększenia produkcji energii z odnawialnych źródeł, oraz producenci biomasy (rolnicy, producenci zbóż) będą mieli możliwość zapoznania się z innowacyjnym procesem technologicznym polegającym na przetworzeniu odpadowej biomasy i produkcji z niej energii elektrycznej. Proces modernizacji elektrowni (przystosowywania ich do produkcji energii z odnawialnych źródeł) wymuszać będzie wdrażanie innowacyjnych, a zarazem jak najbardziej opłacalnych ekonomicznie rozwiązań. Projekt skierowany jest również do jednostek samorządu terytorialnego, które zainteresowane są uruchomieniem produkcji energii elektrycznej w oparciu o lokalną biomasę odpadową.

broszura_2012_OK_DRUK.indd 2

19/12/12 09:45:00

Kogeneracja Promowanie energetycznych rozwiązań pod kątem usprawnień oraz ekologicznego bezpieczeństwa jest podstawowym celem polityki gospodarczej UE, a więc także Polski. Głównym kierunkiem w tej dziedzinie jest wysoko efektywna kogeneracja o  małej mocy jako ogniwo sieci lokalnych, znana również jako „CHP” (z ang. Combined Heat and Power), zapewniająca rów­ noczesne wytwarzanie energii cieplnej i elektrycznej. W porównaniu do tradycyjnych elektrowni pozwala ona na znacznie bardziej efektywne wykorzystanie energii, ponieważ wytwarzana jest energia zarówno termiczna, jak i elektryczna, a poziomy efektywności energetycznej mogą osiągnąć 70-90%. Funkcjonujące już elektrownie kogeneracyjne znajdują się głównie w szpitalach, uczelniach, hotelach, zakładach przemysłowych, oczyszczalniach ścieków i innych obiektach o wysokich wymaganiach energetycznych. Obecnie na świecie, w tym w UE, większość nowoczesnych rozwiązań dotyczących kotłowni kogeneracyjnych ma formę kontenerową. Najbardziej popularne dotychczas było stosowanie w instalacjach małych mocy biogazu, a w średnich i większych – pyłu drzewnego wytwarzanego z peletu.

3 broszura_2012_OK_DRUK.indd 3

19/12/12 09:45:01

4

Założenia technologiczne projektu Zespół naukowców pracujących w IMBIGS, w oparciu o  doświadczenie czołowych Instytutów i  zakładów produkcyjnych w Polsce i UE, w ramach dotychczasowej współpracy opracował koncepcję opartą na skutecznych rozwiązaniach sprawdzonych w  różnych branżach – optymalny zespół kogeneracyjny małej mocy na pył z biomasy. Rozwiązanie to jest treścią niniejszego projektu MORE ENERGY. Głównym założeniem jest możliwość zastosowania powszechnie dostępnej biomasy typu słoma z roślin rolniczych do zasilania turbiny gazami spalinowymi bezpośrednio do zintegrowanej komory silnika turbinowego. Pozostałe ciepło z wylotu turbiny jest wykorzystywane do suszenia biomasy oraz na cele technologiczne. Mała siłownia kogeneracyjna zostanie wykonana w kontenerach połączonych w integralną linię wytwórni pyłu w technologii mikronizacji i siłowni kogeneracyjnej. Rozwiązanie to pozwala zastosować taką siłownię wraz z wytwórnią paliwa pyłowego ze zmikronizowanej słomy w systemie ruchomym i przemieszczać dużą ilość surowca. Opracowane w projekcie kompleksowe rozwiązania pozwalają na maksymalną efektywność energetyczną i finansową, zarówno jeśli chodzi o sposób wytwarzania paliwa, energii i ciepła, jak i logistyki działania. Maksymalnie dostosują one działania do zasad proekologicznych, a jednocześnie przyczyniają się do wykorzystania potencjału ludzkiego w gminach rolniczych.

broszura_2012_OK_DRUK.indd 4

19/12/12 09:45:02

Podobne rozwiązanie jest znane z siłowni na gaz ziemny lub biogaz i stosowane w wiodących firmach świata, ale bezpośrednie zasilanie pyłowe będzie zastosowane po raz pierwszy. To właśnie zastosowanie najbardziej efektywnych form spalania, właściwych dla gazów, do biomasy dzięki technologii mikronizacji stanowi rewolucyjny krok w bioenergetyce odnawialnej, ponieważ rokuje najwyższą sprawność układu porównywalną do energetyki przemysłowej. Z modalnego kontenerowego zespołu mikronizacji pył z biomasy zasili zewnętrzną komorę spalania, która zostanie podłączona bezpośrednio do komory korpusu turbiny gazowej.

5 broszura_2012_OK_DRUK.indd 5

19/12/12 09:45:03

6

Gaz spalinowy oczyszczony wstępnie przez wysoko prędkościowe cyklony zasili turbinę gazową i poprzez przekaz napędowy do prądnicy zostanie wyprodukowany prąd. Dzięki układowi rekuperacji przewidywana jest wysoka sprawność elektryczna, a pozostałe za turbiną spaliny, jako nośnik ciepła, zostaną wykorzystane do suszenia wstępnego biomasy oraz na cele technologiczne. Optymalne połączenie dotychczas znanych założeń procesowych, także pod kątem logistycznym, jest naj­ ważniejszym osiągnięciem projektu.

broszura_2012_OK_DRUK.indd 6

19/12/12 09:45:03

Realizacja projektu polegać będzie na uruchomieniu zin­ tegrowanej, mobilnej linii technologicznej do produkcji energii elektrycznej z biomasy odpadowej. Linia składać się będzie z następujących modułów: 

zespół przyjęcia surowca, w którym dostarczony surowiec będzie przyjmowany i kierowany do wstępnej obróbki,



zespół wstępnego przygotowania surowca, w którym surowiec podlegał będzie wstępnemu przygotowaniu polegającemu na osuszeniu surowca oraz wstępnym rozdrobnieniu,



zespół mikronizacji (proces mikronizacji polega w całości na doprowadzeniu cząstek mielonego materiału do postaci granulatu o średnicy < 100 mikrometrów),



turbozespół składający się z następujących elementów:

 turbina gazowa – ze względu na demonstracyjny charakter projektu zastosowana zostanie najmniejsza dostępna na rynku turbina. Ponadto, ze względu na zakładany mobilny charakter linii demonstracyjnej, wydzielone zostaną dwa elementy konstrukcyjne turbiny – turbina przystosowana będzie do transportu – planuje się transport w ramie kontenera,

 r ekuperator – zastosowany zostanie uniwersalny

rekuperator do turbin gazowych, pozwalający znacznie podnieść moc turbozespołu,

 p rądnica.

7 broszura_2012_OK_DRUK.indd 7

19/12/12 09:45:04

8

Linia demonstracyjna Linia demonstracyjna, będąca przedmiotem projektu, zrealizowana zostanie w minimalnej skali, pozwalającej na wdrożenie tego rozwiązania w gospodarce. Planuje się, iż moduły przyjęcia oraz wstępnego przygotowania surowca pozwolą na przetwarzanie 2 ton surowca na godzinę, zaś dostosowana do tych wielkości turbina będzie mieć moc 2 MW (będzie to turbina najmniejsza ze znanych na rynku, przerobiona z turbiny lotniczej). Linia o takich parametrach będzie doskonale pokazywać możliwości zastosowanego rozwiązania oraz stanowić najmniejszy możliwy do uruchomienia moduł. Podmioty zainteresowane wdrożeniem podobnych rozwiązań (np. gminy na terenach rolniczych, oddalone od elektrowni, a  dysponujące zasobami biomasy odpadowej) będą informowane, iż w zależności od potrzeb można stosować linie o większej mocy lub stawiać kilka podobnych linii w danym miejscu. Prototypowa linia demonstracyjna będzie zaprojektowana tak, aby parametry istotne dla właściwości produktu, takie jak rozdrobnienie, sposób podania paliwa i parametry spalania były regulowane. Pozwoli to na ewentualne zmiany parametrów w trakcie eksploatacji linii.

broszura_2012_OK_DRUK.indd 8

19/12/12 09:45:05

Innowacyjność technologii Wykorzystany w ramach projektu proces mikronizacji biomasy odpadowej mokrej jest nowatorskim rozwiązaniem w skali światowej. W dostępnych źródłach brak jest wiarygodnych danych, dotyczących stosowania tego rozwiązania, w szczególności stosowania go do produkcji energii elektrycznej na turbinach gazowych. Sam proces rozdrobnienia ma charakter fizyczny i w tym czasie nie zachodzą żadne reakcje chemiczne. Tym samym nie trzeba stosować żadnych katalizatorów, ani też nie powstają żadne produkty uboczne. W związku z tym produkt wyjściowy posiada identyczny skład jakościowo – ilościowy, jak materiał poddany rozdrobnieniu. Proces rozdrobnienia polega w całości na doprowadzeniu cząstek materiału do stanu, w którym następuje przekroczenie wartości sił międzycząsteczkowych. Podczas przekraczania przez ziarno kolejno po sobie następujących stref granicznych torusów, poddane ono jest ustawicznie przeciwnie skierowanym siłom rozciągania i ściskania z jednoczesnym skręcaniem w przeciwne strony. W bardzo krótkim czasie < 0,001 s cząstka taka wpada w rezonans tak silny, że następuje jednoczesne zjawisko implo- i eksplozji, prowadzące do rozerwania ziarna na mikrogranulat. Innowacyjność linii polegać będzie również na zestawieniu zespołu do mikronizacji z zespołem turbiny, co pozwoli na bezpośrednią, w ramach jednej linii, przemianę biomasy na energię elektryczną. W tym celu w ramach projektu przewidziano prace konstrukcyjne obejmujące przygotowanie założeń do opracowanej technologii oraz opracowanie dokumentacji konstrukcyjnej.

9 broszura_2012_OK_DRUK.indd 9

19/12/12 09:45:06

10

Korzyści W planowanej do uruchomienia linii demonstracyjnej ograniczenia właściwe dla zastosowania słomy jako paliwa (niska gęstość, wysokie koszty transportu słomy oraz zawartość chloru – średnio zwiera 0,6% Cl i nie nadaje się do użytku energetycznego z uwagi na negatywny wpływ na elementy stalowe kotłów, palników itp.) zostaną wyeliminowane. W procesie mikronizacji i modyfikacji z włókien słomy wytrącany jest chlor – zgodne z normami węgla do kotłów energetyki (wytrącenie występuje przez eksplozję pary z włókien słomy). Dodatkowo planowane rozwiązania obejmują wprowadzenie procesu modyfikacji powierzchniowej odpowiednimi składnikami chemicznymi, pozwalającymi na dokonanie zmiany składu chemicznego spalin, jak również składu chemicznego popiołu po spaleniu. Modyfikacja powierzchniowa jest konieczna przy zastosowaniu biomasy w kotłach energetyki zawodowej typu pary przegrzanej (zapewnia zwiększenie temperatury topnienia popiołu) do 150 stopni Celsjusza. Poza ulepszeniem parametrów procesu cieplnego dzięki mikronizacji i modyfikacji pyłu energetycznego z biomasy, system pozwala rozwiązać problem logistyki. Składowanie biomasy surowej wymaga pięciokrotnie większej powierzchni niż węgla, składowanie zmikronizowanego biopyłu energetycznego wymaga tyle samo miejsca, co składowanie węgla. Przewiezienie słomy nie mikronizowanej w samochodach ciężarowych wymaga trzykrotnie większego taboru transportu niż przewiezienie pyłu zmikronizowanego z kontenerów.

broszura_2012_OK_DRUK.indd 10

19/12/12 09:45:07

Korzyści z  proponowanego zespołu CHP wynikają z zastosowania innego paliwa – zamiany gazu na pył z biomasy, lub pyłowo-gazowej mieszanki. Pył z biomasy rolnej jest o ponad 20% tańszym paliwem od gazu ziemnego, a przede wszystkim jest paliwem odnawialnym. Projekt ma na celu zademonstrowanie, iż możliwa jest produkcja energii elektrycznej dla małych lokalnych społeczności, z  wykorzystaniem lokalnych zasobów odnawialnej biomasy. Co istotne, wykorzystanie biomasy nie stanowiłoby konkurencji dla pozostałej produkcji rolnej, ponieważ słoma jest produktem ubocznym przy uprawie zbóż. Technologia ta wpisuje się w założenia energetyki rozproszonej, polegającej na budowaniu małych jednostek wytwórczych na terenie całego kraju.

11 broszura_2012_OK_DRUK.indd 11

19/12/12 09:45:08

12

Efekty:  zmniejszenie

kosztów zakupu energii elektrycznej poprzez produkowanie jej lokalnie w oparciu o miejscowe zasoby biomasy,

 zwiększenie przychodów lokalnych społeczności dzięki

stworzeniu możliwości sprzedaży biomasy do lokalnych elektrowni,  pozytywne

oddziaływania na środowisko naturalne poprzez zastąpienie paliw kopalnych źródłami odnawialnymi,

 pozytywne

oddziaływania na środowisko naturalne poprzez ograniczenie konieczności budowy dużych sieci elektroenergetycznych,

 zmniejszenie kosztów energii poprzez ograniczenie strat

powstałych przy przesyłaniu energii na duże odległości (w Polsce straty są szczególnie odczuwalne i wynoszą ok. 12%, czyli znacznie więcej niż średnia unijna).

broszura_2012_OK_DRUK.indd 12

19/12/12 09:45:08

Polityka Unii Europejskiej na rzecz środowiska Od wielu lat Unia Europejska prowadzi politykę na rzecz zrównoważonego rozwoju stosując instrumenty finansowe wspierające poprawę poziomu ekologiczności sektora energetycznego poprzez zmniejszenie zużycia energii i promowanie czystszych form produkcji. Program LIFE+, instrument finansowy Komisji Europejskiej na rzecz środowiska, przyczynia się znacząco do rozwoju i realizacji tych inicjatyw. Inwestycje w nowe technologie energetyczne pozwolą UE utrzymać wiodącą pozycję w działaniach na rzecz dalszej poprawy efektywności energetycznej, wspierania technologii energii odnawialnej i redukcji emisji gazów cieplarnianych. Jednakże nowe, obiecujące technologie, rywalizując z technologiami konwencjonalnymi, często napotykają przeszkody. Jednym ze sposobów wspierania wzrostu udziału w rynku innowacyjnych technologii efektywnych i alternatywnych rozwiązań energetycznych, dostępnych na skalę przemysłową, jest wykazanie technicznej rentowności i wykonalności finansowej technologii przyjaznych dla środowiska.

13 broszura_2012_OK_DRUK.indd 13

19/12/12 09:45:09

14

Słoma jako paliwo Surowcem do paliwa ze zmikronizowanej biomasy słomy zbożowej jest słoma szara – produkt przerobu rolnego, którego niezagospodarowana ilość w krajach Europy przekracza 50 milionów ton. Paliwo ze zmikronizowanej biomasy słomy zbożowej ma znaczną przewagę jakościową nad innymi źródłami energii z biomasy (drewna):  bardzo

tani i obecnie znacznie przewyższający moce przerobowe i zapotrzebowanie surowiec, będący odpadem produkcji rolnej,

 brak

zagrożenia wynikającego z wpływów makro­ ekonomicznych lub politycznych na cenę i na podaż,

 powtarzalna

jakość, stałe parametry energetyczne wynikające z powtarzalności składu surowca oraz kontrolowanej wilgotności (bardzo suchy, wilgotność poniżej 5%), kaloryczność 18 MJ/kg, przy czym – charakterystyczny jest powtarzalny rozmiar cząstki pyłowej – ok. 100 mikrometrów,

 stały skład chemiczny,  pył

energetyczny jest najbardziej nowoczesną formą paliwa do zasilania wysoko efektywnych pyłowogazowych palników (w każdym elemencie spełnia oczekiwania rynku energetycznego ),

 wysoka

mikronizacja – powierzchnia aktywna tysiąc razy większa niż drewnianych mączek, co daje lepszy efekt spalania,

 łatwy rozładunek mikropyłu (nie jest wybuchowy, jest

czysty ekologicznie).

broszura_2012_OK_DRUK.indd 14

19/12/12 09:45:10

15 broszura_2012_OK_DRUK.indd 15

19/12/12 09:45:14

16

Finansowanie projektu Realizację projektu umożliwiło wsparcie ze środków instrumentu finansowego Life+ oraz środków NFOŚiGW.

Program Life+ LIFE+ jest jedynym instrumentem finansowym Unii Europejskiej koncentrującym się wyłącznie na współfinansowaniu projektów w  dziedzinie ochrony środowiska. Jego głównym celem jest wspieranie procesu wdrażania wspólnotowego prawa ochrony środowiska, realizacja polityki och­rony środowiska oraz identyfikacja i promocja nowych rozwiązań dla problemów dotyczących ochrony środowiska.

NFOŚiGW Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospo­ darki Wodnej jest wspólnie z Wojewódzkimi fun­ duszami filarem polskiego systemu finansowania ochrony środowiska. Współfinansuje realizację projektu DIM-WASTE.

IMBiGS Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego jest interdyscyplinarną jednostką naukowo-badawczą. Przedmiotem działania Instytutu jest prowadzenie badań naukowych i prac rozwojowych, doświadczalnych i wdrożeniowych, związanych z  mechanizacją i  automatyzacją przemysłu, budownictwa, górnictwa skalnego, gospodarką odpadami oraz upowszechnianiem i wdrażaniem nowych rozwiązań technologicznych, technicznych i  organizacyjnych w  praktyce gospodarczej.

broszura_2012_OK_DRUK.indd 16

19/12/12 09:45:15