KONFERENCJA Problematyka u żytkowania biomasy leśnej na przykładzie rozwiązań w Elektrociep łowni Białystok SA

dr inż. Krzysztof Sadowski

Ul. Gen. W ładysława Andersa 3 15-124 Białystok www.ec.bialystok.pl

1

Konferencja IBL, Sękocin Stary, 20-21 listopada 2012

BIAŁYSTOK Ø

Liczba ludności: ~300 000

Ø

Gęstość zaludnienia – II miejsce w Polsce

Ø

Zapotrzebowanie ciepła: ~ 5 MLN GJ

ELEKTROCIEP ŁOWNIA BIAŁYSTOK S A Ø

Największy producent energii elektrycznej i ciep ła w województwie podlaskim

Ø

Pokrywa 75% zapotrzebowania na ciepło w Białymstoku

Ø

Produkuje energię elektryczną będącą w stanie pokryć 95% zapotrzebowania miasta Białegostoku

2

Produkcja: - ciepła: 3 800 000 GJ/rok (75% M.S.C.) - energii elektrycznej: 465 000 MWh/rok Zużycie paliw: - węgiel: 192 000 t/rok - biomasa: 260 000 t/rok

Dystrybucja i produkcja: MPEC Białystok sp. gminna Produkcja – 1 200 000 GJ /rok 3

EC BIAŁYSTOK – SCHEMAT TECHNOLOGICZNY

UAC

4

EC BIAŁYSTOK – SCHEMAT TECHNOLOGICZNY

układ kogeneracyjny

UAC

5

EC BIAŁYSTOK – SCHEMAT TECHNOLOGICZNY OZE

układ kogeneracyjny

UAC

6

Dlaczego zajęliśmy się biomasą?

ü Polska jako członek UE zobowiązała się do określonego udziału energii pochodzącej z odnawialnych źródeł; ü Zobowiązanie te przełożyła na grunt prawa pol skiego w Prawie energetyc znym poprzez: ü System wydawania, obrotu i obowiązku umarzani a świadectw pochodzenia energii ze źródeł odnawialnych; ü Obowiązek udziału energii pochodzącej ze źródeł odnawialnych w energii sprzedanej odbiorcy końcowemu opisany na kolejne lata – jako czynnik stymulujący podjęcie działań inwestycyjnych

7

Dlaczego zajęliśmy się biomasą?

ü Wykorzystanie możliwości dywersyfikacji paliw w oparciu o lokalne zasoby biomasy; ü Możliwość ograniczenia emisji CO2; ü Możliwość ograniczenia emisji SO2; ü Możliwość ograniczenia emisji pyłu.

8

Dyrektywa o emisjach przemysłowych (IED) (przyjęta przez Parlament Europejski w dniu 7 lipca 2010)

Standardy SO2 [mg/m 3u] Nominalna moc Biomasa cieplna [MWt]

leśna maWęgiel śladowe siarki – rzeczywista emisja praktycznie kamiennyilości i brunatny Biomasa jest poniżej 50 mg/m 3u Instalacje istniejące

Instalacje nowe

Instalacje istniejące

Instalacje nowe

250

200

200

200

100 - 300

Standardy NOx [mg/m 3u] Nominalna moc cieplna [MWt] biomasy Spalanie

leśnej wkamienny stacjonarnym Węgiel i brunatny złożu fluidalnym – umożliwia Biomasa uzyskanie emisji NOx poniżej 250 mg/m 3u bez reduk cji, a z SNCR ok. 150 mg/m 3u

100 - 300

Instalacje istniejące

Instalacje nowe

Instalacje istniejące

Instalacje nowe

200

200

250

200

Standardy pył [mg/m 3u] Nominalna moc Biomasa leśna zawiera do 1,5 c zęści niepalnych – rzeczywista cieplna Węgiel kamienny i brunatny Biomasa emisja [MWt]praktycznie jest poniżej 20 mg/m 3 ze standardowym elektrofiltrem u Instalacje istniejące Instalacje nowe Instalacje istniejące Instalacje nowe 100 - 300

25

20

20

20

9

Aktualne emisje oraz standardy IED

Lp.

Źródło

1

SO2

NO x

[mg/m3u]

Pył

[mg/m3u]

[mg/m3u]

Aktualne emisje

Standardy IED

Przekroczenie standardów

Aktualne emisje

Standardy IED

Przekroczenie standardów

Aktualne emisje

Standardy IED

Przekroczenie standardów

K5

15

200

NIE

240

300

NIE*

11

20

NIE

2

K6

740

250

490

550

200

350

30

25

5

3

K7

660

250

410

560

200

360

40

25

25

4

K8

700

250

450

460

200

260

65

25

40

5

E2

690

250

240

560

200

360

35

25

10

6

E3

430

230

200

380

220

160

45

23

22

* Występują wartość średnie dobowe które przekraczają standardy IED

WNIOSEK Konwersja kotła węglowego na kocioł opalany biomasą pozwala uniknąć instalacji odsiarcz ania, odazotowania oraz redukcji pyłów w celu spełnienia wymogów dyrektywy IED 10

Przychody/Koszty z węgla i biomasy w odniesieniu do 1000 MWh energii chemicznej paliwa

180

Węgiel

Biomasa

160 Zielone certyfikaty 140

[%]

120

Nowy projekt Ustawy OZE – współczynniki w zależności od wielkości i użytej technologii produkcji energii z OZE – poprawa czy pogorszenie op łacalności ? Czerwone certyfikaty

100

Czerwone certyfikaty

Energia elektryczna

80

Energia elektryczna

60

CO2 40

Biomasa Ciepło

20

Ciepło

Węgiel

0 Koszty

Przychody

Koszty

Przychody

11

12

Kalendarium Projektu q 2004 Analizy możliwości pozyskania i dostaw biomasy q 2004 Wstępna analiza techniczno-ekonomiczna q 2005 Próby współspalania biomasy z węglem kamiennym w kotle OP-230 q 2005 Studium wykonalności konwersji kotła OP-140 na kocioł biomasy q 2006 / 2007 Wizyty referencyjne: Węgry, Niemcy q 2006 Złożenie wniosków o dofinansowanie i zawarcie umów z NFOŚiGW. q 2007 Zawarcie umowy z wykonawcą projektu q 2008 Koniec realizacji projektu

13

14

Kalendarium Projektu q 2004 Analizy możliwości pozyskania i dostaw biomasy q 2004 Wstępna analiza techniczno-ekonomiczna q 2005 Próby współspalania biomasy z węglem kamiennym w kotle OP-230 q 2005 Studium wykonalności konwersji kotła OP-140 na kocioł biomasy q 2006 / 2007 Wizyty referencyjne: Węgry, Niemcy q 2006 Złożenie wniosków o dofinansowanie i zawarcie umów z NFOŚiGW. q 2007 Zawarcie umowy z wykonawcą projektu q 2008 Koniec realizacji projektu

15

Koszt Projektu: Dotacja z SPO WKP (Dz iałanie 2.4):

84 995 000 PLN 27 054 500 PLN 16

Założenia do Projektu

Parametry kotła po konwersji Typ kotła

BFB

Rodzaj kotła

Kocioł fluidalny ze złożem pęcherzykowym

Paliwo podstawowe

Biomasa

Maksymalna wydajność

120 t/h

Ciśnienie pary świeżej

13,8 MPa

Temperatura pary świeżej

540 OC

Zużycia paliwa

150-200 tys. t/rok

Sprawność kotła

86,7 %

Rok uruchomienia

2008

17

SCHEMAT INSTALACJI OZE

18

Rodzaje projektow anego paliwa do produkcji energii odnaw ialnej ü biomasa pochodz enia drzewnego (biomasa pochodząca z produkcji leśnej oraz przemys łu przetwarzającego jej produkty): ü biomasa z odpadów i pozostałości z produkcji rolnej ü biomasa z upraw energetycznych Biomasa Zrębki 50-100 % Odpady leśne (zielone) 0-20 % Odpady leśne (brązowe) 0-20 % Wierzba 0-20 % Odpady zielone 0-2 % Odpady z produkcji rolnej

19

20

Aspekty techniczne spalania biomasy ü Kocioł fluidalny jest zaprojektowany na biomasę drzewną o wilgotności mieszczącej się w granicach 31 52%. ü Obecnie obowiązujące ustawodawstwo nakłada obowiązek spalania poza biomasą drzewną określonych udziałów biomasy agro (uprawy energetyc zne, odpady i pozostałości z produkcji rolnej). Biomasa ta posiada inne właściwości fizyko-chemiczne od biomasy leśnej. Szczególnie należy zwrócić uwagę na: - wysoką zawartość metali alkalicz nych (fosfor i potas); - wysoką zawartość chloru ü W latach 2009 i 2011 Elektrociepłownia we współpracy z dostawcą kotła firmą Metso Power Oy przeprowadzi ła badania spalania biomasy agro w kotle fluidalnym 21

Aspekty techniczne spalania biomasy

Zawartość fosforu i potasu w różnych rodzajach biomasy Zrębki drzewne Wierzba Niepełnowartościowe zboże Pellet z łusek słonecznika Pellet ze słomy

22

Aspekty techniczne spalania biomasy

Wysoka zawartość metali alkalicz nych zmniejsza temperatur ę topnienia popiołu i zwiększa jego lepkość co powoduje tworzenie się osadów na powierzchni ogrzewalnej kotła oraz powstawanie aglomeratów w złożu, co skutkuje wyłączeniem awaryjnym kotła.

23

Aspekty techniczne spalania biomasy

2009 – Badania Metso możliwości spalania „trudnej” biomasy agro

24

Aspekty techniczne spalania biomasy

2009 – Badania Metso możliwości spalania „trudnej” biomasy agro 1. Spalanie w technologii niezmienionej Aglomeracja z łoża w kotle fluidalnym będąca wynikiem wpływu związków alkalicznych na obni żenie temperatury mięknięcia popiołu 2. Spalanie prz y obniżonej temperaturz e złoża do 750⁰C Aglomeracja z łoża nie nastąpiła Nastąpiło intensywne szlakowanie powierzchni ogrzewalnych kotła

25

Aspekty techniczne spalania biomasy

Aglomeracja złoża i szlakowanie powierzchni ogrzewalnych w kotle fluidalny m będąca wynikiem spalania biomasy agro

26

Aspekty techniczne spalania biomasy

Aglomeracja złoża w kotle fluidalny m będąca wynikiem spalania biomasy agro

27

Aspekty techniczne spalania biomasy

2009 – Badania Metso możliwości spalania „trudnej” biomasy agro

WNIOSKI - Sugerow ane rozwiązanie 1. Spalanie prz y obniżonej temperaturz e złoża do 750⁰C 2. Zastosow anie szczególnej metody oczyszczania pow ierzchni ogrzewanych bez przerywania pracy kotła – armatki w odne

28

Sposoby czyszczenia ścian kotła podczas pracy • Dla niektórych spieków powstałych w wysokich temperaturac h, czyszczenie powietrzem, ani przy pomoc y zdmuchiwaczy parowych nie jest skuteczne. W tych przypadkach jedynie woda może być skuteczna jako medium czyszczące

• Wodny obrotowy zdmuc hiwacz sadzy - duża liczba potrzebnyc h zdmuchiwaczy - wielkość powierzchni oczyszczanej jest ograniczona - wysokie koszty utrzymani a

• Armatki wodne + możliwość czeszczenia całej powierzni komory przy pomoc y 2-4 armatek + obszary oczyszczane mogą być projektowane bez żadnych ograniczeń + niskie koszty eksploacji 29

Aspekty techniczne spalania biomasy

Zawartość siarki i chloru w różnych rodzajach biomasy Zrębki drzewne Wierzba Niepełnowartościowe zboże Pellet z łusek słonecznika Pellet ze słomy

30

Aspekty techniczne spalania biomasy

Wysoka zawartość chloru powoduje znaczne nasilenie korozji chlorowej przegrzewac zy pary co w konsekwencji prowadzi do uszkodzenia kotła

31

Aspekty techniczne spalania biomasy

2010 – Kolejne badania Metso możliwości spalania „trudnej” biomasy agro 1. Spalanie w technologii niezmienionej Aglomeracja z łoża w kotle fluidalnym będąca wynikiem wpływu związków alkalicznych na obni żenie temperatury mięknięcia popiołu 2. Spalanie prz y obniżonej temperaturz e złoża do 750 C Aglomeracja z łoża nie nastąpiła Nastąpiło intensywne szlakowanie powierzchni ogrzewalnych kotła

32

Efekty ekologiczne

EMISJE ZANIECZYSZCZE Ń Z KOTŁA K5 900 800

235 819

16000

14 902

CO2

Odpady 14000

pył 200 000

804

12000

CO2 [ton/rok]

ton/rok

600 500 527 400

446

10000

150 000

8000 6 502

100 000

5 368

6000

300 304

4000 50 000

200

2000

100

134

117

0

108 0,79

2,5

0

0 1

Emisja przed modernizacją

Planowana emisja po modernizacji

Uzyskana emisja w 2009

0

0 Emisja przed modernizacją

3

Planowana emisja po modernizacji

5

Uzyskana emisja w 2009

33

Odpady [ton/rok]

700

250 000

SO2 NOx

Struktura przychodów z działalności podstawowej

34

Sytuacja finansowa Elektrociepłowni

• Koncentracja na generacji energii zielonej umożliwiło osiągnięcie poziomu rentowności EBITDA rzędu 34% (2010) • wzrost EBITDA w porównaniu z rokiem 2007 o ~60% • ok. 16% przychodów osiągniętych dzięki instalacji OZE (certyfikaty oraz nadwyżka CO2) • w latach 2007 – 2011 Spółka wypłaciła dywidendę na kwotę łącznie 185 MPLN, tj. ~100 PLN/akcję 35

(Duo)Blok dedykow any do spalania biomasy WYNIK NETTO 2009: 47 mln z ł

WYNIK NETTO 2010: 48 mln z ł

WYNIK NETTO 2011: 52 mln z ł w sumie za 3 lata 147 mln z ł Elektrociepłownia Białystok dokonuje już konwersji drugiego kotła OP-140 na kocioł biomasowy wraz z budową nowego uk ładu rozładunku, magazynowani a i podawania biomasy do kotła. Parametry kotła po konw ersji: - wydajność nominalna: 105 t/h (max. 120 t/h) - sprawność kotła: - parametry pary świeżej:

87,6% 13,8 MPa / 540 oC

- emisja NOx:

< 240 mg/Nm 3

- emisja pyłu:

< 20 mg/Nm 3

36

Schemat technologiczny instalacji

7

6

8 1

2

3 4 5 1 – Kocioł K6

5 – Układ rozładunku i magazynowani a wierzby

2 – Magazyn zrębki z układem rozładunku samochodów

6 – Układ rozładunku i zrębkowania drewna litego z kolei

3 – Przenośnik główny z magazynu do kotła

7 – Układ rozładunku zrębki z kolei

4 – Układ rozładunku i magazynowani a pelletów i zboża

8 – Układ odzysku ciepła ze spalin kotła K6

Nowy Projekt Roz porządzenia (w. z 17.02.2011) oraz nowy Projekt Ustaw y OZE – szanse i zagrożenia

wprowadzono nowe poj ęcie:

Drewno pełnowartościowe – drewno spełniające wymagania jakościowe określone w normach określających wymagania i badania dla drewna wielkowymiarowego liściastego, drewna wielkowymiarowego iglastego oraz drewna średniowymiarowego dla grup oznac zonych jako S1, S2, S3 oraz materi ał drzewny powstały w wyniku procesu celowego rozdrobnienia tego drewna.

Nowy Projekt Roz porządzenia (w. z 17.02.2011) oraz nowy Projekt Ustaw y OZE – szanse i zagrożenia

zapisano że: W przypadku jednostki wytwórczej, w której jest spalana biomasa lub biomasa i paliwo pomocnicze […] do energii ze źródeł odnawialnych nie zalicza się

energii elekt rycznej lub ciepła wytworzonego z drewna pełnowartościowego. Wg Projektu Ustawy – to ograni czenie ma dotyczyć zasobów w krajowych lasów

39

Nowy Projekt Roz porządzenia (w. z 17.02.2011) – szanse i zagrożenia

W § 6 ust. 2) pkt. 6 wprowadzono zapi s z którego wynika że: W przypadku gdy jednostka wytwócza lub jej część będąca kotłem została do dnia 31 grudnia 2015 r. przebudowana w celu spalania w niej wyłącznie biomasy albo biomasy i paliwa pomocniczego udział wagowy biomasy agro dla tej jednostki jest określony na poziomie z 2015 r. tj. 20%.

Nowy projekt Ustawy tez podaje ten termin

KPD w zakresie OZE

2010

2015

2020

Energia elektryczna OZE

ktoe

715

1516,1

2686,6

Ciepło

ktoe

4 481,7

5 046,3

6 255,9

Razem biomasa stała

ktoe

4 613,6

5 098,9

6 298,2

Wymagana ilość energii chemicznej w biomasie

GJ

193 162 205

213 480 745

263 693 038

w tym biomasa agro

t

9 745 822

10 770 975

13 304 391

Razem biomasa leśna

t

9 745 822

10 770 975

13 304 391

Razem biomasa leśna

m3

12 182 277

13 463 718

16 630 488

agro - leśna 50 / 50 % 41

KPD w zakresie OZE

2010

2020

Zapotrzebowanie na biomasę wg KPD

m3

12 182 277 16 630 488

Podaż biomasy leśnej sortymentów M1, M2, S4

m3

4 694 200

6 218 000

Z tego zużycie drewna opałowego na cele bytowe

m3

1 000 000

1 000 000

Sortymenty S1 i S2

m3

8 488 077

11 412 488

= 12 567 095 ton CO 2

42

Nowy Projekt Roz porządzenia (w. z 17.02.2011) – szanse i zagrożenia

W § 6 ust 2) wprowadzono nowe obowi ązkowe udziały biomasy agro: Rok

Układ hybrydowy

Układ dedykowany do spalania 100% biomasy

2011

20%

20%

2012

20%

20%

2013

20%

20%

2014

20%

20%

2015

20%

20%

2016

30%

30%

2017

40%

40%

2018

40%

40%

2019

50%

50%

2020

50%

50%

OZE – szanse i zagrożenia

URE ???:

Problemy – układy pomiarowe (separatory, wagi, próbopobi eraki) – klasyfikacja i właściwości biomasy – interpretac ja „oddany do u żytku” – olej rozpałkowy – opomiarowanie, pojęcie „wyłącznie do rozpal ania”

45

Zakres Akredytacji

ü Paliwa i materiały smarne Węgiel kamienny Biomasa ü Odpady paleniskowe Popiół lotny i żużel

46

Układ odzysku ciepła ze spalin – zadanie dodatkowe projektu Czy jesteś pewien, że Twój komin nie „puszcza” pieniędzy z dymem?

47

Układ odzysku ciepła ze spalin – zadanie dodatkowe projektu

Projekt polega na zabudowie instalacji odzysku ciepła ze spalin kotła biomasowego K6 Ciepło odzyskiwane w specjalnym wymienniku jest przekazywane do powrotnej wody sieciowej. Ilość ciepła jaką można odzyskać w ten sposób zależy od dwóch parametrów: wilgotności spalanej biomasy oraz temperatury powrotnej wody sieciowej

48

Układ odzysku ciepła ze spalin – zadanie dodatkowe projektu Schemat ideowy

49

Trigeneracja – „zielony chłód”

Galeria handlowa „Jurowiecka” Białystok Lokalizacja: około 1,5 km od EC Białystok (przy trasie parociągu) Otwarcie Galerii: 2015 rok

EC Białystok

Moc zamówiona na chłód: 4,15 MW Zapotrzebowanie chłodu: ~ 35 000 GJ Agregaty: absorpcyjne, bromolitowe zasilane parą technologiczną Ilość agregatów: 3 x 1,35 MW Nakłady inwestycyjne: ~ 4,5 mln zł

Sieć parowa

Galeria Strus

50

Trigeneracja – „zielony chłód”

Galeria handlowa Jagiellońska Lokalizacja: około 1,0 km od EC Białystok (przy trasie parociągu) Otwarcie Galerii: ???

Moc zamówiona na chłód: 4,6 MW Agregaty: absorpcyjne, bromolitowe zasilane parą technologiczną Ilość agregatów: 2 x 2,3 MW

EC Białystok

Nakłady inwestycyjne: ~ 5,0 mln zł

Sieć parowa

Galeria Jagiellońska

51

Odpady paleniskowe z biomasy

Warunki odzysku dla popiołu lotnego z torfu i drew na niepodanego obróbce chemicznej

(kod 10 01 03) dla odpadów dennych ze złóż fluidalnych powstałych przy spalaniu biomasy

(kod 10 01 24)

52

Warunki odzysku dla popiołu lotnego z torfu i drewna „czystego” Odpady stosuje się pod łącznym spełnieniem następujących warunków : odpady są stosow ane równomiernie na całej powierzchni gleby, odpady skruszonych skał zostały rozdrobnione tak, że odsiew na sicie o boku ocz ek kwadratowych 2 mm jest mniejsz y niż 10 %, a przesiew przez sito o boku ocz ek kwadratow ych 0,5 mm jest nie mniejszy niż 50 %, odpady są stosowane poza okresem w egetacji roślin, odpady przykrywa się lub miesz a z glebą, z wyjątkiem ich stosow ania na użytkach zielonych oraz plantacjach wieloletnich, rozprowadzanie na pow ierzchni ziemi odbywa się tylko do głębokości 30 cm, 53

Warunki odzysku dla popiołu lotnego z torfu i drewna „czystego” odpady są stosowane na glebach, na których nie są przekroczone wartości dopuszczalne stężenia substancji określonych w rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 9 w rześnia 2002 r. w sprawie standardów jakości gleby oraz standardów jakości ziemi, odpady są stosowane w taki sposób i w takiej ilości, aby ich wprowadzenie do gleby nie spow odowało przekroczenia w niej dopuszczalnych wartości metali ciężkich (Cr, Pb, Cd, Hg, Ni, Zn, Cu) określonych w załącznikach nr 2 i 3 do roz porządzenia Ministra Środowiska z dnia 1 sierpnia 2002 r. w sprawie komunalnych osadów ściekow ych, nawet przy długotrwałym stosow aniu,

54

Warunki odzysku dla popiołu lotnego z torfu i drewna „czystego” odpady spełniają wymagania doty czące dopuszczalnych wartości zanieczyszczeń określonych dla nawozów wapniow ych i wapniowomagnezowych w rozporządzeniu Ministra Rolnictw a i Rozwoju Wsi z dnia 19 pa ździernika 2004 r. w sprawie wykonania niektóry ch przepisów ustawy o nawozach i nawożeniu, w celu określenia dawki odpadów możliwej do stosow ania na glebach prowadzone są przez wytwórcę odpadów badania w laboratoriach posiadaj ących certyfikat akredytacji lub certyfikat wdrożonego systemu jakości w rozumieniu ustawy z dnia 30 sierpnia 2002 r. o systemie oceny zgodności.

55

Warunki odzysku dla popiołu lotnego z torfu i drewna „czystego” Ograniczenia związane z możliwością zagospodarow ania popiołu lotnego pochodz ącego ze spalania biomasy: zbyt ostre warunki odzysku zawarte w Rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 14 listopada 2007r. powtórzone w Rozp. MŚ z dn. 5 kwietnia 2011r. uniemożliwiające wykorzystanie odpadu o kodz ie 10 01 03 (popio ły lotne z torfu i drew na niepodanego obróbce chemicz nej) jako naw ozu

56

Warunki odzysku dla popiołu lotnego z torfu i drewna „czystego” Stężenia metali ciężkich w mg/kg suchej masy

Metal

Stężenie w badanym odpadzie

Stężenie dopuszczalne w osadach wykorzystywanych w rolnictwie

Cd (kadm)

8,47

10

Cr (chrom)

34,6

500

Cu (miedź)

94,7

Ni (nikiel)

19,0

Pb (ołów)

62,0

Zn (cynk)

893

Hg (rtęć)

0,12

57